Principali cause di guasto del trasformatore di distribuzione H59

1. Sovraccarico

In primo luogo, con il miglioramento del tenore di vita della popolazione, il consumo di energia elettrica è aumentato rapidamente in modo generalizzato. I trasformatori di distribuzione H59 originari hanno una capacità ridotta – "un piccolo cavallo che tira un grande carro" – e non riescono a soddisfare le esigenze degli utenti, causando il funzionamento dei trasformatori in condizioni di sovraccarico. In secondo luogo, le variazioni stagionali e le condizioni meteorologiche estreme provocano picchi nella domanda di energia elettrica, determinando ulteriormente il funzionamento sovraccarico dei trasformatori di distribuzione H59.

A causa del funzionamento prolungato in sovraccarico, i componenti interni, gli avvolgimenti e l'isolamento dell'olio invecchiano precocemente. Il carico del trasformatore è in gran parte stagionale e dipendente dall'ora – specialmente nelle aree rurali durante le stagioni agricole più intense, quando i trasformatori operano a pieno carico o in sovraccarico, mentre di notte funzionano a carico ridotto. Ciò comporta una grande variazione della curva di carico, con temperature operative che raggiungono oltre 80 °C al picco e scendono fino a 10 °C al minimo.

Inoltre, ispezioni sui trasformatori rurali mostrano che ogni trasformatore accumula mediamente più di 100 grammi di umidità sul fondo. Questa umidità entra attraverso l'azione respiratoria dell'olio del trasformatore durante le espansioni e contrazioni termiche e poi precipita fuori dall'olio. In aggiunta, livelli insufficienti di olio abbassano la superficie dell'olio, aumentando la superficie di contatto tra l'olio isolante e l'aria, accelerando così l'assorbimento di umidità dall'atmosfera. Ciò riduce la resistenza d'isolamento interna e, una volta che l'isolamento degrada al di sotto di una soglia critica, si verificano guasti per scarica interna e cortocircuito.

2. Rabbocco non autorizzato di olio sui trasformatori di distribuzione H59

Un elettricista ha effettuato il rabbocco di olio su un trasformatore di distribuzione H59 mentre era sotto tensione. Un'ora dopo, il fusibile dropout ad alta tensione è saltato su due fasi, accompagnato da un lieve spruzzo di olio. L'ispezione in loco ha confermato la necessità di una riparazione importante. Le cause principali del danneggiamento del trasformatore sono state:

• L'olio del trasformatore appena aggiunto era incompatibile con l'olio esistente all'interno del serbatoio. Gli oli per trasformatori hanno formulazioni base diverse e in generale è vietato mescolare tipi diversi.

• L'olio è stato aggiunto senza disinserire il trasformatore. La miscelazione di olio caldo e freddo ha accelerato la circolazione interna, sollevando l'umidità dal fondo e distribuendola negli avvolgimenti ad alta e bassa tensione, riducendo l'isolamento e causando la scarica.

• È stato utilizzato olio per trasformatore non conforme agli standard.

3. Compensazione impropria della potenza reattiva che provoca sovratensione da risonanza

Per ridurre le perdite di linea e migliorare il rendimento degli apparecchi, le normative raccomandano l'installazione di dispositivi di compensazione della potenza reattiva sui trasformatori di distribuzione H59 con potenza superiore a 100 kVA. Tuttavia, se la compensazione è configurata in modo improprio – tale che la reattanza capacitiva totale sia uguale alla reattanza induttiva totale nel circuito – può verificarsi una ferro-risonanza nella linea e negli apparecchi collegati, portando a sovratensioni e sovracorrenti che possono danneggiare il trasformatore H59 e altri dispositivi elettrici.

4. Sovratensione da ferro-risonanza del sistema

Nei reti di distribuzione rurali a 10 kV, le linee variano per lunghezza, altezza da terra e sezione del conduttore. Combinato con l'azionamento frequente di trasformatori H59, macchine da saldatura, condensatori e carichi elevati, i parametri del sistema cambiano notevolmente. Inoltre, un guasto intermittente a terra monofase in un sistema a 10 kV con neutro isolato può innescare una sovratensione da risonanza. Quando ciò accade, nei casi meno gravi si verifica la rottura dei fusibili ad alta tensione; nei casi gravi si verifica il danneggiamento del trasformatore, e in rari casi può verificarsi uno scintillio o un'esplosione del bushing.

5. Sovratensione da fulmine

I trasformatori di distribuzione H59 devono, secondo le normative, essere dotati di parafulmini conformi su entrambi i lati ad alta e bassa tensione per mitigare i danni causati da fulmini e sovratensioni da ferro-risonanza sugli avvolgimenti e sui bushing. Le cause comuni di danni legati alle sovratensioni includono:

• Installazione o collaudo improprio dei parafulmini. Tipicamente, tre parafulmini condividono un singolo punto di messa a terra. Col tempo, la corrosione dovuta all'esposizione atmosferica o una manutenzione inadeguata possono interrompere o degradare questo collegamento a terra. Durante eventi di fulmine o sovratensioni da risonanza, una messa a terra inadeguata impedisce lo scarico efficace a terra, portando al guasto del trasformatore.

• Eccessiva dipendenza dalla copertura assicurativa. Molti utenti presumono che poiché il trasformatore è assicurato, l'installazione e il collaudo dei parafulmini non siano necessari – credendo che l'assicuratore coprirà i guasti. Questo atteggiamento ha contribuito significativamente ai danni diffusi ai trasformatori negli anni.

• Attenzione rivolta solo ai parafulmini sul lato ad alta tensione trascurando quelli sul lato a bassa tensione. Senza parafulmini sul lato BT, un fulmine che colpisce il lato BT può indurre sovratensioni inverse che stressano l'avvolgimento AT e potenzialmente danneggiano anche l'avvolgimento BT.

6. Cortocircuito secondario

Quando si verifica un cortocircuito secondario, correnti di cortocircuito pari a diverse o decine di volte la corrente nominale scorrono sul lato secondario. Una corrente altrettanto elevata scorre anche sul lato primario per contrastare l'effetto smagnetizzante della corrente di guasto secondaria. Queste correnti massicce:

• Generano enormi sollecitazioni meccaniche all'interno degli avvolgimenti, comprimendo le bobine, allentando l'isolamento principale e interstrato e causando deformazioni;

Causa un rapido aumento di temperatura in entrambe le spire. Se i fusibili sono dimensionati in modo improprio o sostituiti con filo di rame/alluminio, le spire possono bruciarsi rapidamente.

7. Contatto povero al cambiator di presa

• Cambiatori di presa di bassa qualità con progettazione carente, pressione insufficiente delle molle o contatto incompleto tra i contatti mobili e fissi può ridurre la distanza d'isolamento tra i contatti non allineati, portando ad archi, cortocircuiti e rapido bruciamento delle spire di presa o di tutta la bobina.

• Errore umano: Alcuni elettricisti fraintendono i principi del cambiamento di presa a vuoto. Dopo l'aggiustamento, i contatti possono essere solo parzialmente ingaggiati. In alternativa, l'operazione a lungo termine causa la contaminazione dei contatti fissi, risultando in un contatto povero, archi elettrici e infine il guasto del trasformatore.

8. Porta respirante ostruita
I trasformatori con una potenza superiore a 50 kVA sono solitamente dotati di un "respirante" installato sul serbatoio conservatore. L'alloggiamento del respirante è solitamente un cilindro di vetro trasparente riempito con un desiccante. È fragile durante il trasporto, quindi i produttori spesso spediscano le unità con una piccola piastra metallica quadrata avvitata sulla porta del respirante invece di installare il vero respirante, per prevenire l'ingresso di umidità.

Al momento della messa in servizio, questa piastra metallica deve essere prontamente rimossa e sostituita con il respirante funzionante. Se ciò non avviene, il calore generato durante l'operazione causa l'espansione dell'olio e un aumento della pressione interna. Senza un respirante funzionante, l'olio non può circolare correttamente, il calore non si dissipa e le temperature del nucleo e delle spire continuano a salire. L'isolamento si degrada continuamente fino a quando il trasformatore brucia definitivamente.

9. Altri problemi
I problemi comuni nella manutenzione e nell'operazione quotidiana dei trasformatori di distribuzione H59 includono:

• Durante la manutenzione o l'installazione, stringere o allentare la noce del conduttore può causare la rotazione del conduttore, portando al contatto tra i conduttori di rame morbido secondari—causando cortocircuiti tra fasi o la rottura dei conduttori primari.

• Lasciare cadere accidentalmente strumenti o oggetti durante il lavoro sul trasformatore può danneggiare i bushing, causando piccoli flashover a terra o gravi cortocircuiti.

• Dopo la manutenzione, i test o la sostituzione dei cavi su trasformatori paralleli, la mancanza di verifica della sequenza di fase e la riconnessione casuale può portare a una fase errata. Quando alimentati, correnti circolanti elevate scorrono, bruciando il trasformatore.

• Le scatole di misurazione antifurto installate sul lato a bassa tensione spesso soffrono di vincoli spaziali e lavorazione povera—alcune connessioni sono semplicemente avvolte con filo. Questo crea una resistenza di contatto elevata ai terminali a bassa tensione, portando a surriscaldamento e archi sotto carico pesante, finendo per bruciare i conduttori.