Risultati anomali dell'analisi dei gas disciolti (DGA), il funzionamento del relè gas e un eccessivo aumento della temperatura nei trasformatori di messa a terra immersi in olio non sono solitamente problemi isolati. Spesso sono indicazioni combinate di surriscaldamento interno, scariche parziali, archi elettrici o deterioramento dell'isolamento. Una diagnosi affidabile dovrebbe integrare l'analisi dei gas disciolti, il monitoraggio delle condizioni termiche e le prove elettriche, con riferimento agli standard IEC applicabili.
Produttore di trasformatori per la messa a terra del neutro
1. Anomalie della DGA: Indicatori chimici di guasti interni
L'analisi dei gas disciolti è uno dei metodi più efficaci per rilevare i guasti latenti nei trasformatori immersi in olio. Secondo IEC 60599, i gas chiave come idrogeno (H₂), metano (CH₄), etano (C₂H₆), etilene (C₂H₄), acetilene (C₂H₂), monossido di carbonio (CO) e anidride carbonica (CO₂) possono aiutare a identificare il tipo di guasto interno.
| Gas caratteristico |
Possibile tipo di guasto |
Cause tipiche |
| Principalmente H₂ |
Scarica parziale |
Umidità nell'isolamento, bolle di gas, elevato stress elettrico |
| Principalmente CH₄ e C₂H₄ |
Surriscaldamento a bassa temperatura |
Surriscaldamento locale del nucleo, collegamenti allentati |
| Principalmente C₂H₄ |
Surriscaldamento a temperatura medio-alta |
Messa a terra multipunto del nucleo, riscaldamento da flusso disperso |
| Presenza di C₂H₂ |
Surriscaldamento ad alta temperatura o scarica |
Cortocircuito spira-spira, scarica dei conduttori, arco elettrico |
| Elevati livelli di CO e CO₂ |
Invecchiamento dell'isolamento solido |
Carbonizzazione o degradazione termica dell'isolamento in carta |
Punti chiave di interpretazione:
- Un singolo risultato DGA non deve essere utilizzato come unica base per la diagnosi dei guasti. È necessario considerare il tasso di generazione del gas e i rapporti tra i gas, come il metodo dei rapporti IEC o il metodo del triangolo di Duval.
- Anche se le concentrazioni di gas sono inferiori ai livelli di allarme tipici, un rapido aumento del tasso di generazione del gas deve essere considerato anomalo.
- Se il trasformatore di terra è dotato di un commutatore di presa sotto carico o a vuoto, i risultati DGA del vano olio del commutatore di presa devono essere analizzati separatamente. Se applicabile, si può fare riferimento al Triangolo di Duval 2.
- La comparsa di acetilene richiede particolare attenzione, poiché può indicare una scarica ad alta energia o un guasto grave. Tuttavia, la valutazione finale deve basarsi sulla concentrazione del gas, sul tasso di generazione del gas e sui risultati delle prove elettriche.
2. Funzionamento del relè gas: un indicatore diretto della gravità del guasto
I relè gas sono normalmente classificati come protezione a gas leggero, che emette un segnale di allarme, e protezione a gas pesante, che avvia un intervento di scatto. Dopo l'intervento del relè gas, il gas libero proveniente dal relè e i campioni di olio dalla vasca principale devono essere prelevati e analizzati in conformità alla norma IEC 60599.
Cause comuni dell'intervento del gas leggero:
- Surriscaldamento interno lieve o scariche parziali che producono piccole quantità di gas combustibile;
- Ingresso d'aria dovuto a uno spurgo incompleto dopo la filtrazione o il rabbocco dell'olio, o a causa di una scarsa tenuta;
- Livello dell'olio basso che causa l'accumulo di gas nel relè;
- Disturbo del flusso d'olio causato dall'impatto di un cortocircuito esterno.
Cause comuni dell'intervento del gas pesante:
- Cortocircuiti spira-spira, strato-strato o fase-fase negli avvolgimenti;
- Archeggiamento interno;
- Grave surriscaldamento del nucleo accompagnato da un forte impatto del flusso d'olio;
- Gravi cortocircuiti di passaggio vicino al trasformatore.
Nota: Se interviene il relè del gas leggero e il gas raccolto non è combustibile, è necessario controllare prima la tenuta, il livello dell'olio e lo spurgo dell'aria. Se il gas è combustibile, o se interviene il relè del gas pesante, il trasformatore non deve essere rimesso in tensione finché non ne è stata identificata la causa.
3. Eccessivo aumento di temperatura: segni visibili di anomalie termiche
La valutazione dell'aumento di temperatura deve essere effettuata in conformità alla norma IEC 60076-2:2011, che distingue tre categorie principali di aumento di temperatura:
- Aumento di temperatura dell'olio in superficie: la differenza tra la temperatura dell'olio in superficie e la temperatura del mezzo di raffreddamento sotto carico continuo nominale;
- Aumento di temperatura medio degli avvolgimenti: solitamente determinato con il metodo della resistenza;
- Aumento di temperatura del punto caldo dell'avvolgimento: riflette lo stress termico nel punto più caldo dell'isolamento dell'avvolgimento.
Secondo la norma IEC 60076-2:2011, i limiti tipici di aumento di temperatura per i trasformatori in olio sotto carico continuo nominale sono: aumento di temperatura dell'olio in superficie non superiore a 60 K e aumento di temperatura medio degli avvolgimenti non superiore a 65 K. L'aumento di temperatura del punto caldo dipende dalla classe termica dell'isolamento, dal metodo di raffreddamento e dal modello termico. Per l'isolamento di classe A, la temperatura di riferimento del punto caldo per un invecchiamento normale è comunemente fissata a 98 °C. I limiti effettivi applicabili devono essere confermati in base alla targa del dispositivo, ai documenti tecnici del produttore e alla versione applicabile della norma IEC 60076-2.
La valutazione del sovraccarico può fare riferimento alla norma IEC 60076-7, che classifica i sovraccarichi in carico ciclico normale, carico di emergenza di lunga durata e carico di emergenza di breve durata. I livelli di sovraccarico ammissibili dipendono dal rapporto di carico iniziale, dalla temperatura ambiente e dal metodo di raffreddamento.
Cause esterne:
- Funzionamento in sovraccarico;
- Guasto al sistema di raffreddamento, come radiatori ostruiti o ventole e pompe dell'olio ferme;
- Temperatura ambiente elevata o scarsa ventilazione;
- Dispositivi di misurazione della temperatura anomali, che possono fornire letture elevate errate.
Cause interne:
- Messa a terra multipunto del nucleo che causa corrente di circolazione;
- Cortocircuiti spira-spira, strato-strato o filo-filo negli avvolgimenti;
- Scarsi contatti nei commutatori di presa;
- Surriscaldamento locale delle strutture di serraggio o delle pareti della vasca causato dal flusso disperso;
- Deterioramento dell'olio isolante, che riduce la dissipazione del calore e le prestazioni dell'isolamento.
4. Considerazioni speciali per i trasformatori di terra
I trasformatori di terra sono comunemente progettati con un collegamento a zig-zag o un avvolgimento di terra dedicato. In normali condizioni di funzionamento, il loro carico è relativamente basso. Tuttavia, durante un guasto a terra monofase, potrebbe essere necessario che sopportino una corrente di sequenza zero relativamente elevata per un breve periodo. I seguenti punti devono ricevere particolare attenzione durante la diagnosi dei guasti:
- Durata della corrente di sequenza zero e il suo effetto di accumulo termico;
- Influenza del metodo di messa a terra del neutro sull'entità della corrente di guasto;
- Condizione della corrente di messa a terra del nucleo. La corrente di messa a terra del nucleo accettabile deve essere verificata rispetto ai documenti tecnici del produttore o alle specifiche del progetto. Se il valore aumenta in modo significativo, la possibilità di una messa a terra multipunto del nucleo deve essere valutata insieme ai risultati DGA, alle prove di isolamento e alle condizioni operative del sito.
5. Procedura di diagnosi integrata e intervento
| Condizione osservata |
Possibile direzione del guasto |
Azioni raccomandate |
| Aumento degli idrocarburi totali, principalmente C₂H₄/CH₄, assenza di C₂H₂ |
Guasto da surriscaldamento |
Verificare la corrente di messa a terra del nucleo, il commutatore sotto carico e il sistema di raffreddamento |
| Aumento di H₂ con segnali di scarica parziale |
Scarica parziale o umidità |
Misurare il contenuto di umidità, le perdite dielettriche e le scariche parziali |
| Comparsa o rapido aumento di C₂H₂ |
Scarica o cortocircuito |
Misurare la resistenza in continua degli avvolgimenti ed eseguire prove di isolamento |
| Intervento del segnale di gas leggero con gas non combustibile |
Ingresso d'aria o livello dell'olio basso |
Verificare la tenuta, eseguire lo sfiato dell'aria e rabboccare l'olio se necessario |
| Aumento dell'innalzamento di temperatura con DGA anomala |
Surriscaldamento interno o scarica |
Valutare il carico, le condizioni di raffreddamento e i risultati delle prove elettriche |
Principi generali di gestione:
- Verificare l'affidabilità dei dati di campo, inclusi indicatori di temperatura, corrente di carico, livello dell'olio e stato del sistema di raffreddamento;
- Prelevare campioni di gas e olio per la DGA e verificare la combustibilità del gas;
- Escludere fattori esterni quali guasti al sistema di raffreddamento, problemi di tenuta, sovraccarico ed errori di misurazione della temperatura;
- Eseguire prove elettriche, quali resistenza in corrente continua degli avvolgimenti, resistenza di isolamento, fattore di dissipazione dielettrica e misurazione della corrente di messa a terra del nucleo;
- Decidere se ridurre l'intervallo di monitoraggio, programmare la manutenzione in fermata o adottare misure di arresto di emergenza in base alla natura del guasto.
Standard di riferimento
- IEC 60599 — Guida per l'interpretazione dei gas disciolti e liberi nelle apparecchiature elettriche immerse in olio minerale
- IEC 60076-2:2011 — Innalzamento di temperatura per trasformatori immersi in liquido
- IEC 60076-7 — Guida al carico per trasformatori di potenza immersi in olio minerale
Questo articolo è fornito solo come riferimento tecnico. Le diagnosi effettive e le decisioni operative devono basarsi sulla targhetta dell'apparecchiatura, sui documenti tecnici del produttore, sui risultati dei test in sito e sulle versioni applicabili degli standard IEC o nazionali.
I risultati dell'analisi dei gas disciolti devono essere valutati congiuntamente al tasso di generazione del gas, ai rapporti tra i gas, all'analisi dei gas liberi, alla cronologia dei carichi, alle prove elettriche e alle condizioni operative in sito. Un singolo risultato di DGA non deve essere utilizzato come unica base per la determinazione del guasto.
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