Causi e soluzioni per un alto tasso di guasti dei trasformatori di distribuzione

1. Cause di guasto nei trasformatori di distribuzione agricoli

(1) Danni all'isolamento

L'alimentazione elettrica rurale utilizza tipicamente sistemi di fornitura misti a 380/220V. A causa dell'elevata percentuale di carichi monofase, i trasformatori di distribuzione spesso funzionano con un notevole squilibrio del carico trifase. In molti casi, lo squilibrio supera il limite consentito specificato nelle norme, causando invecchiamento precoce, deterioramento e guasto dell'isolamento degli avvolgimenti del trasformatore, portando infine alla bruciatura.

Quando i trasformatori di distribuzione subiscono condizioni prolungate di sovraccarico, guasti sulle linee del lato a bassa tensione o aumenti improvvisi e significativi del carico, possono verificarsi danni a causa di una protezione inadeguata. L'assenza di dispositivi di protezione sul lato a bassa tensione, unita al fatto che i fusibili dropout sul lato ad alta tensione non intervengono tempestivamente (o per nulla), permette ai trasformatori di sopportare correnti ben superiori ai loro valori nominali (a volte diverse volte la corrente nominale). Ciò provoca un aumento drammatico della temperatura, accelerando l'invecchiamento dell'isolamento e portando alla bruciatura degli avvolgimenti.

Dopo un funzionamento prolungato, componenti di tenuta come sfere di gomma e guarnizioni si deteriorano, si crepano e si rompono. Se non vengono prontamente individuati e sostituiti, ciò porta a perdite d'olio e a un calo del livello dell'olio. L'umidità dall'aria entra quindi in grandi quantità nell'olio isolante, riducendone drasticamente la rigidità dielettrica. Una grave carenza di olio potrebbe esporre il commutatore di presa all'aria, causando assorbimento di umidità, scariche, cortocircuiti e bruciatura del trasformatore.

Anche difetti di fabbricazione contribuiscono ai guasti. Processi produttivi inadeguati, impregnazione incompleta degli strati degli avvolgimenti con vernice (o vernice isolante di scarsa qualità), essiccazione insufficiente e saldature non affidabili dei giunti degli avvolgimenti possono creare vulnerabilità nell'isolamento. Inoltre, l'aggiunta di olio isolante scadente durante la manutenzione o l'ingresso di umidità e impurità durante le riparazioni degrada la qualità dell'olio e la resistenza dell'isolamento, causando infine la rottura dell'isolamento e il guasto del trasformatore.

(2) Sovratensione

La protezione contro i fulmini spesso fallisce perché i valori della resistenza di terra non soddisfano i requisiti. Anche quando inizialmente conformi, i sistemi di messa a terra possono deteriorarsi nel tempo a causa della corrosione dell'acciaio, dell'ossidazione, della rottura o di cattive saldature, causando un aumento drammatico della resistenza di terra e rendendo i trasformatori vulnerabili ai danni da fulmini.

È comune anche una configurazione impropria della protezione contro i fulmini. Molti trasformatori di distribuzione agricoli hanno parap fulmine installati solo sul lato ad alta tensione. Poiché l'alimentazione elettrica rurale utilizza prevalentemente trasformatori collegati in Yyn0, i fulmini possono generare sovratensioni sia per trasformazione diretta che inversa. Senza protezione contro i fulmini sul lato a bassa tensione, i trasformatori diventano molto più suscettibili ai danni causati da queste sovratensioni.

Nei sistemi elettrici rurali a 10kV si verificano frequentemente risonanze ferromagnetiche. Durante eventi di sovratensione da risonanza, la corrente primaria dei trasformatori di distribuzione può aumentare notevolmente, bruciando gli avvolgimenti o causando flashover sui bushing e persino esplosioni.

(3) Condizioni operative scadenti

Durante i periodi estivi di alte temperature o quando i trasformatori funzionano continuamente in condizioni di sovraccarico, la temperatura dell'olio aumenta eccessivamente. Questo influisce gravemente sulla dissipazione del calore e accelera l'invecchiamento, il deterioramento e il guasto dell'isolamento, riducendo notevolmente la vita utile del trasformatore.

(4) Errato utilizzo del commutatore di prese o scarsa qualità

Il consumo di energia elettrica rurale presenta carichi dispersi, forti andamenti stagionali, ampie differenze tra picco e valle, linee a bassa tensione lunghe e notevoli cadute di tensione, con conseguenti fluttuazioni di tensione significative. Ciò porta gli elettricisti rurali a regolare frequentemente da soli i commutatori di prese dei trasformatori. La maggior parte di queste regolazioni non segue le procedure corrette e i valori della resistenza in corrente continua non vengono misurati e confrontati dopo l'intervento prima del ripristino in servizio. Di conseguenza, molti trasformatori si guastano a causa di posizionamenti impropri del commutatore di prese, contatti scadenti, aumento della resistenza di contatto e bruciatura dei commutatori di prese.

Commutatori di prese di scarsa qualità, con contatti statici e dinamici inadeguati o indicatori di posizione non sincronizzati (in cui le marcature esterne non corrispondono alle effettive posizioni interne), possono causare scariche e incidenti da cortocircuito dopo la messa in servizio, provocando danni al commutatore di prese o a interi avvolgimenti.

(5) Problemi di messa a terra del nucleo del trasformatore

Problemi di qualità nei trasformatori di distribuzione possono causare l'invecchiamento precoce della vernice isolante tra le lamierine in acciaio al silicio durante il funzionamento prolungato, risultando in una messa a terra multipla del nucleo e nel guasto del trasformatore.

(6) Funzionamento prolungato in sovraccarico

Con lo sviluppo economico rurale, la domanda di energia elettrica è aumentata notevolmente. Tuttavia, l'insufficiente aggiunta di nuovi trasformatori o la loro sostituzione con modelli di maggiore capacità ha costretto i trasformatori esistenti a funzionare continuamente in condizioni di sovraccarico. Inoltre, l'elevata percentuale di carichi monofase nelle aree rurali rende difficile raggiungere l'equilibrio del carico trifase, facendo sì che alcune fasi subiscano gravi sovraccarichi prolungati mentre le correnti nella linea neutra superano significativamente i valori ammissibili. Queste condizioni portano infine alla bruciatura del trasformatore.

2. Contromisure

Secondo le norme pertinenti, ogni trasformatore di distribuzione deve disporre di tre protezioni fondamentali: protezione contro i fulmini, protezione contro i cortocircuiti e protezione contro il sovraccarico.

Per la protezione contro i fulmini, i parafulmine devono essere installati sia sul lato ad alta che su quello a bassa tensione del trasformatore, preferibilmente del tipo a ossido di zinco.

Le protezioni contro i cortocircuiti e i sovraccarichi devono essere considerate separatamente. I fusibili a caduta sul lato ad alta tensione dovrebbero principalmente proteggere contro i guasti interni di cortocircuito del trasformatore, mentre le condizioni di sovraccarico e i cortocircuiti sulla linea a bassa tensione dovrebbero essere gestiti da interruttori differenziali o fusibili installati sul lato a bassa tensione.

Durante l'operazione, le correnti di carico delle fasi dovrebbero essere monitorate regolarmente utilizzando amperometri a morsetto per verificare che l' squilibrio trifase rimanga entro i limiti consentiti. Quando viene rilevato un eccessivo squilibrio, è necessaria una redistribuzione immediata del carico per portare lo squilibrio entro i limiti standard.

È essenziale sottoporre i trasformatori di distribuzione a ispezioni e test regolari secondo le prescrizioni. Gli ispettori dovrebbero controllare il colore, il livello e la temperatura dell'olio per la normalità e cercare eventuali perdite d'olio. Le superfici dei bocchettini dovrebbero essere esaminate per segni di flashover o scariche. Qualsiasi anomalia deve essere affrontata immediatamente. Si consiglia inoltre la pulizia periodica degli esterni dei trasformatori per rimuovere sporco e contaminanti dai bocchettini e da altre superfici.

Prima di ogni stagione dei temporali annuali, deve essere effettuata un'ispezione approfondita di parafulmini e conduttori di terra sia sul lato ad alta tensione che su quello a bassa tensione. I parafulmini non conformi devono essere sostituiti. I conduttori di terra devono essere privi di fili rotti, saldature cattive o interruzioni. Non devono mai essere utilizzati conduttori di alluminio per i conduttori di terra; si raccomandano invece barre d'acciaio di diametro 10-12mm o strisce d'acciaio piatte 30×3mm.

La resistenza di terra deve essere testata annualmente durante l'inverno in condizioni meteorologiche favorevoli (almeno una settimana di tempo continuo sereno). I sistemi di terra non conformi devono essere corretti.

Le connessioni tra i terminali del trasformatore e i conduttori della linea aerea su entrambi i lati ad alta e bassa tensione dovrebbero utilizzare componenti di transizione rame-alluminio o morsetti di equipaggiamento rame-alluminio. Prima della connessione, le superfici di questi componenti dovrebbero essere levigate con carta vetrata fine e rivestite con una quantità appropriata di grasso conduttivo.

Quando si operano i cambiatori di rapporto del trasformatore, le procedure devono essere seguite rigorosamente. Dopo l'aggiustamento, il trasformatore non dovrebbe essere immediatamente rimesso in servizio. Invece, i valori di resistenza continua di ogni fase dovrebbero essere misurati con un ponte prima e dopo l'operazione e confrontati. Se non si osservano cambiamenti significativi, i valori di resistenza continua fase-fase e linea-linea post-operativi dovrebbero essere confrontati, con differenze di fase non superiori al 4% e differenze di linea inferiori al 2%. Se questi criteri non sono soddisfatti, la causa deve essere identificata e corretta. Solo dopo aver soddisfatto questi requisiti, il trasformatore può essere rimesso in servizio.