La scarica parziale raramente si annuncia con il botto. Inizia come un microscopico guasto elettrico all'interno dell'isolamento, una scintilla che dura nanosecondi e si ripete migliaia di volte al minuto, carbonizzando silenziosamente carta, resina o olio finché l'isolamento non riesce più a sostenere la tensione. Un test di scarica parziale su un trasformatore è il modo pratico per individuare tempestivamente questo processo, in fabbrica prima della spedizione dell'unità o sul posto molto prima che si guasti.

Questa guida illustra cos'è realmente la scarica parziale, i modi principali per misurarla, cosa forniscono i test di fabbrica e quelli in loco e come leggere i risultati senza reagire in modo eccessivo a un singolo numero. È scritto per gli ingegneri, i project manager e i team di procurement che devono approvare un trasformatore e convivere con le conseguenze.

Cos'è realmente lo scarico parziale

La scarica parziale è una rottura dielettrica localizzata che non copre l'intera distanza di isolamento tra due elettrodi. Il caso da manuale è un vuoto pieno di gas intrappolato all'interno della resina colata o una bolla sospesa nell'olio del trasformatore. Il gas ha una permettività inferiore rispetto al solido o al liquido che lo circonda, quindi il campo elettrico si concentra all'interno di quella piccola cavità. Una volta che lo stress locale supera la resistenza alla rottura del gas, questo si ionizza, si scarica e poi si ripristina, per poi scaricarsi nuovamente nel semiciclo successivo.

Ogni evento trasferisce una piccolissima quantità di carica, che viene quantificata come carica apparente ed espressa in picocoulomb (pC). Niente nell'unità sembra sbagliato dall'esterno. Questo è proprio il motivo per cui il test è importante: rileva un meccanismo di degrado anni prima che lo faccia una corrente di guasto o un allarme gas.

Quando gli ingegneri parlano di un test di scarica parziale sull'isolamento del trasformatore, di solito si pongono tre domande separate. Lo scarico esiste al di sopra di una soglia definita? A quale voltaggio inizia e si ferma, ciò che chiamiamo inizio ed estinzione? E da dove viene la carica all'interno dell'avvolgimento, del nucleo o della boccola?

I principali modi per rilevare e misurare la scarica

Non esiste un unico strumento che risponda a tutte le domande. La maggior parte dei programmi di test combinano due o più tecniche, poiché ciascuna di esse baratta la sensibilità con l'immunità al rumore e la precisione della posizione.

Test di accettazione in fabbrica: la base di riferimento

Per un nuovo trasformatore di potenza, la misura di riferimento è una prova di tensione indotta con simultanea misura di scarica, effettuata in un vano schermato con un sistema di misura calibrato. La tensione viene aumentata a un livello di pre-tensione per condizionare l'isolamento, mantenuto per un periodo definito, quindi ridotto al livello di misurazione in cui vengono effettuate le letture. Il profilo esatto e il limite applicabile seguono lo standard specificato dal progetto e le specifiche tecniche dell'acquirente.

A titolo indicativo, i limiti dichiarati nel settore iniziano comunemente intorno a 100 pC con la classe di tensione di 72,5 kV e aumentano fino a 200 pC o più all'aumentare della classe di tensione. Un limite ha significato solo insieme alla tensione alla quale viene misurato, quindi leggerli sempre insieme.

Prove di routine e prove di tipo

Il test di routine dimostra che questa particolare unità non ha scariche nocive al livello specificato. Le prove di tipo, come una prova di tensione indotta CA di lunga durata con misurazione della scarica o una prova a impulso con registrazione della scarica, vengono eseguite una volta su un progetto per dimostrare che il sistema di isolamento stesso è solido. Insieme ti dicono se il design è buono e se il processo di produzione lo ha fornito in modo coerente.

In pratica, i test di fabbrica sono quelli in cui si riscontrano vuoti di colata, punti secchi nella carta impregnata di olio, bordi taglienti degli elettrodi e impregnazione incompleta. Trovarli qui costa una rielaborazione. Trovarli sul posto costa la chiusura.

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Test in loco dopo l'installazione

Una volta installato un trasformatore la situazione cambia. Non è presente un'area di prova schermata, il livello di rumore di fondo è imprevedibile e l'unità è spesso connessa a una rete attiva. I test di scarico in loco vengono normalmente eseguiti per uno dei quattro motivi: messa in servizio dopo il trasporto e il riassemblaggio, verifica dopo una riparazione o un trattamento dell'olio, un'indagine periodica sulle condizioni e un monitoraggio online continuo delle risorse critiche.

Una procedura sensata in loco si presenta così:

1. Registra una linea di base del rumore di fondo prima di energizzare qualsiasi cosa, in modo da sapere a cosa contribuisce l'ambiente.
2. Calibrare il circuito di misura con un generatore di impulsi, iniettando una carica nota ai terminali, e registrare il fattore di scala.
3. Eccita al livello di tensione concordato utilizzando una fonte indipendente o misura con la normale tensione operativa per una configurazione online.
4. Registrare separatamente le tensioni di innesco e di estinzione, aumentando e quindi abbassando la tensione gradualmente.
5. Acquisisci dati risolti in fase per un tempo sufficiente a distinguere le scariche ripetitive dalle interferenze casuali.
6. Ricontrollare la calibrazione dopo il test e documentare le condizioni ambientali, l'umidità e la temperatura.

In questo caso la ripetibilità conta più della precisione assoluta. Due sondaggi effettuati con la stessa impostazione e confrontati tra loro sono molto più utili di un sondaggio interpretato isolatamente.

Dove inizia lo scarico: unità a bagno d'olio e unità a secco

Trasformatori in olio

Nelle unità riempite di olio, la scarica ha generalmente origine da bolle di gas, umidità libera, particelle metalliche, bordi taglienti su elettrodi o cavi e isolamento in carta invecchiata nei punti ad alto stress. Poiché il petrolio circola, i sottoprodotti si diffondono: l'idrogeno, il metano e infine l'acetilene appaiono disciolti nel petrolio, motivo per cui l'analisi dei gas disciolti e la misurazione delle scariche elettriche vengono spesso eseguite parallelamente. Un'unità può superare un test di scarica oggi e sviluppare comunque problemi in seguito se umidità o particelle entrano durante il servizio.

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Trasformatori a secco e in resina

Nelle unità in resina colata, i soliti colpevoli sono i vuoti intrappolati durante la fusione, la delaminazione tra la resina e il conduttore e la contaminazione superficiale che porta al tracciamento lungo la superficie dell'avvolgimento. Poiché non c'è olio che porti via i sottoprodotti, lo scarico deve essere catturato elettricamente o acusticamente. Il comportamento della resina colata in quest'area è un argomento a sé stante e ne abbiamo trattato il lato pratico la nostra nota sulla classe di scarica, rumore e isolamento dei trasformatori in resina .

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Leggere i risultati senza reagire in modo eccessivo

Una singola cifra di addebito apparente ti dice molto poco da sola. Ciò che trasporta l'informazione è la combinazione di parametri:

• Grandezza. Una carica più elevata generalmente significa un difetto più grande o più energetico, ma il tipo di sensore e la calibrazione dominano il numero.
• Tensioni di innesco ed estinzione. Se la scarica inizia ben al di sotto della tensione operativa, il difetto è attivo in servizio. Se l'estinzione è molto inferiore all'inizio, la cavità è grande.
• Posizione di fase. La scarica concentrata in una parte del ciclo AC indica un tipo di difetto specifico, come un vuoto o una traccia superficiale.
• Stabilità del modello. Un modello stabile e ripetibile è un vero difetto. Uno schema che cambia con il tempo è solitamente un'interferenza.
• Tendenza. Tre indagini su due anni che mostrano una tendenza al rialzo rappresentano un vero e proprio avvertimento, anche a valori assoluti bassi.

Per le decisioni di accettazione, utilizzare il limite nello standard e nella specifica. Per le decisioni sulla manutenzione, utilizzare la tendenza.

Suggerimenti pratici per pulire i dati in ambienti rumorosi

1. Effettuare il test di notte o durante la chiusura dell'impianto, se il sito lo consente, e confrontare i livelli di rumore prima di impegnarsi.
2. Utilizzare un'impedenza di misurazione schermata adeguata e un riferimento di terra a punto singolo; più percorsi di terra creano anelli che sembrano scariche.
3. Mantenere il generatore di impulsi di calibrazione vicino al punto di iniezione e ripetere la calibrazione dopo la misurazione.
4. Filtra per banda di frequenza anziché solo per ampiezza; la maggior parte del rumore del sito si trova in una banda diversa dal segnale del difetto.
5. Utilizzare collegamenti in fibra ottica per la trasmissione del segnale su lunghe distanze per evitare di captare il rumore di commutazione.
6. Registra tutto: tensione, temperatura, umidità, posizione del rubinetto e apparecchiature collegate. Senza contesto, i dati non possono essere confrontati in seguito.
7. Per le risorse critiche, passa dalle indagini periodiche al monitoraggio continuo in modo che la tendenza venga registrata automaticamente.

Come supportiamo i test di scarica sui nostri trasformatori

Siamo Jiangsu Dingxin Electric Co., Ltd., un produttore di trasformatori con sede nella zona di sviluppo di Haian a Jiangsu, in Cina. La nostra gamma di prodotti comprende trasformatori a bagno d'olio e a secco, unità in lega amorfa, sottostazioni montate su materassini e prefabbricate, trasformatori raddrizzatori a sfasamento e quadri, con linee di trasformatori di potenza che si estendono a 110 kV e 220 kV e una capacità di produzione annua dichiarata di 50.000 MVA. Lavoriamo secondo i sistemi di gestione ISO 9001, ISO 14001, ISO 45001 e ISO 19011 e i clienti sono invitati a visitare gli stabilimenti ed esaminare le modalità di test prima che venga effettuato un ordine.

Se le vostre specifiche includono un limite di scarica, comunicateci lo standard, la tensione alla quale viene misurato e il limite stesso. Confermeremo la disposizione del test, includeremo le letture nel rapporto del test di routine e spiegheremo tutto ciò che sembra insolito prima della spedizione anziché dopo.

Puoi contattare il nostro team di ingegneri tramite il pagina dei contatti con la classe di tensione, la classificazione e i requisiti di prova.

Domande frequenti

Qual è il limite di scarica tipico per un trasformatore di potenza?

Dipende dalla classe di tensione e dalla norma applicabile. I limiti comunemente vanno da circa 100 pC a 72,5 kV fino a 200 pC o 300 pC a classi superiori, sempre indicati insieme alla tensione di misurazione. Le specifiche del tuo progetto sono l'ultima parola.

È possibile eseguire prove di scarica mentre il trasformatore è in servizio?

SÌ. I metodi online basati su sensori UHF o rilevamento acustico possono funzionare continuamente senza interruzioni, ma forniscono risultati comparativi e di tendenza anziché un valore pC calibrato. Le misurazioni offline rimangono il metodo di riferimento.

I trasformatori a secco vengono testati allo stesso modo?

Il principio è identico, ma le probabili cause del difetto differiscono. Le unità in resina colata sono più inclini a creare vuoti di colata e tracciamento della superficie e spesso viene aggiunto il rilevamento acustico perché questi difetti si accoppiano bene con il suono trasmesso dalla struttura.

Con quale frequenza occorre ripetere il test?

Per una nuova unità, alla messa in servizio. Successivamente, l'intervallo dipende dalla criticità, dall'età e dalla storia. Uno schema ragionevole per le risorse importanti prevede un'indagine iniziale, quindi una ripetizione dopo un anno per stabilire una tendenza, quindi indagini periodiche o monitoraggio continuo.

Il test di scarica parziale non è un passaggio magico o un timbro di fallimento. Si tratta di una misurazione di un processo di degrado e, come ogni misurazione, guadagna valore solo quando l'impostazione viene calibrata, le condizioni vengono registrate e i risultati vengono confrontati nel tempo. Se fai bene queste tre cose, saprai di più sull'isolamento del tuo trasformatore di quanto qualsiasi singolo rapporto di test possa dirti.