Analisi dei guasti di scarica della barra elettrica delle sottostazioni e delle loro soluzioni

1. Metodi per la Rilevazione della Scarica delle Barre di Collegamento

1.1 Prova della Resistenza d'Isolamento

La prova della resistenza d'isolamento è un metodo semplice e comunemente utilizzato nei test di isolamento elettrico. È altamente sensibile ai difetti di isolamento del tipo attraversante, all'assorbimento generale di umidità e alla contaminazione superficiale, condizioni che solitamente portano a valori di resistenza significativamente ridotti. Tuttavia, è meno efficace nel rilevare l'invecchiamento localizzato o i guasti parziali di scarica.

A seconda della classe di isolamento dell'equipaggiamento e dei requisiti di test, i tester di resistenza d'isolamento comuni utilizzano tensioni di uscita di 500 V, 1.000 V, 2.500 V o 5.000 V.

1.2 Prova di Resistenza a Tensione Alternata di Frequenza di Rete

La prova di resistenza a tensione alternata applica un segnale ad alta tensione alternata—superiore alla tensione nominale dell'equipaggiamento—all'isolamento per una durata specificata (tipicamente 1 minuto, salvo diverso indicato). Questo test identifica efficacemente i difetti locali di isolamento e valuta la capacità dell'isolamento di resistere alle sovratensioni nelle condizioni operative reali. È il test di isolamento più realistico e decisivo per prevenire i guasti di isolamento.

Tuttavia, è un test distruttivo che può accelerare i difetti di isolamento esistenti e causare un degrado cumulativo. Pertanto, i livelli di tensione di test devono essere selezionati con cura in conformità con GB 50150–2006 Norme per i Test di Accettazione degli Apparecchi Elettrici negli Impianti Elettrici. Gli standard di prova per l'isolamento in porcellana e in materiale organico solido sono riportati nella Tabella 1.

Tabella 1: Standard di Resistenza a Tensione Alternata per l'Isolamento in Porcellana e in Materiale Organico Solido

Esistono vari metodi di resistenza a tensione alternata, inclusi i test a frequenza di rete, la risonanza in serie, la risonanza in parallelo e la risonanza in serie-parallelo. Per i test di scarica delle barre di collegamento, la prova standard di resistenza a tensione alternata a frequenza di rete è sufficiente. L'impostazione del test deve essere determinata in base alla tensione di test, alla capacità e all'equipaggiamento disponibile, tipicamente utilizzando un set completo di prove ad alta tensione alternata.

1.3 Prova Infrarossa

Tutti gli oggetti con una temperatura superiore allo zero assoluto emettono continuamente radiazione infrarossa. La quantità di energia infrarossa e la sua distribuzione di lunghezza d'onda sono strettamente correlate alla temperatura superficiale dell'oggetto. Misurando questa radiazione, la termografia infrarossa può determinare con precisione la temperatura superficiale—formando la base scientifica della misurazione della temperatura infrarossa.

Dal punto di vista del monitoraggio e della diagnostica infrarossa, i guasti degli apparecchi ad alta tensione possono essere ampiamente classificati in due categorie: esterni e interni. I guasti esterni si verificano su parti esposte e possono essere rilevati direttamente utilizzando strumenti infrarossi. I guasti interni, tuttavia, sono nascosti all'interno dell'isolamento solido, dell'olio o delle custodie ed è difficile rilevarli direttamente a causa del blocco da parte dei materiali isolanti.

La diagnosi infrarossa della scarica delle barre di collegamento coinvolge la misurazione della temperatura, il calcolo della differenza di temperatura relativa (tenendo conto della temperatura ambiente) e il confronto con le barre di collegamento in funzione normale. Ciò consente di identificare in modo intuitivo le aree di surriscaldamento e di scarica.

2. Applicazione di Nuove Tecnologie

2.1 Tecnologia di Immagine Ultravioletta (UV)

Quando lo stress elettrico locale sull'equipaggiamento sotto tensione supera una soglia critica, si verifica l'ionizzazione dell'aria, portando alla scarica di corona. Gli apparecchi ad alta tensione spesso subiscono scariche a causa di progettazione, fabbricazione, installazione o manutenzione povere. A seconda della forza del campo elettrico, ciò può portare a corona, flashover o arco. Durante la scarica, gli elettroni nell'aria acquisiscono e rilasciano energia—emettono luce ultravioletta (UV) quando l'energia viene rilasciata.

La tecnologia di immagine UV rileva questa radiazione UV, elabora il segnale e lo sovrappone a un'immagine visibile visualizzata su uno schermo. Ciò permette di localizzare e valutare con precisione l'intensità della corona, fornendo dati affidabili per valutare la condizione dell'equipaggiamento.

2.2 Controllo Ultrasonoro (UT)

Il controllo ultrasonoro (UT) è un metodo di ispezione industriale portatile, non distruttivo. Consente una rilevazione, localizzazione, valutazione e diagnosi veloce, accurata e non invasiva di difetti interni come crepe, vuoti, porosità e impurità—sia in laboratorio che in ambienti di campo.

Le onde ultrasonore sono onde elastiche che si propagano attraverso gas, liquidi e solidi. Sono categorizzate in base alla frequenza: infrasuoni (<20 Hz), suoni udibili (20–20.000 Hz), ultrasuoni (>20.000 Hz) e onde ipersonore. Gli ultrasuoni si comportano in modo simile alla luce in termini di riflessione e rifrazione.

Mentre le onde ultrasonore si propagano attraverso un materiale, le variazioni nelle proprietà acustiche e nella struttura interna influenzano la propagazione delle onde. Analizzando queste variazioni, il controllo ultrasonoro valuta le proprietà del materiale e l'integrità strutturale. I metodi comuni includono la trasmissione diretta, il pulso-eco e le tecniche in tandem.

I detector digitali di difetti ultrasonori emettono onde ultrasonore nell'oggetto da testare e analizzano le riflessioni, gli effetti Doppler o la trasmissione per ottenere informazioni interne, che vengono poi elaborate in immagini. Questa tecnologia è altamente efficace per valutare la condizione dell'isolamento delle barre di collegamento ad alta tensione in funzione.

3. Soluzioni Specifiche per la Scarica delle Barre di Collegamento ad Alta Tensione

Se la scarica anomala nelle barre di collegamento ad alta tensione non viene affrontata tempestivamente, può portare al surriscaldamento dell'isolamento, al fallimento finale dell'isolamento e persino a blackout di grandi dimensioni. Pertanto, i guasti di scarica devono essere risolti rapidamente e prevenuti in modo proattivo.

3.1 Commissioning e Test di Accettazione Rigorosi

Molti guasti di scarica delle barre di collegamento derivano da lavori poveri o mancanza di responsabilità durante la costruzione. Il personale di test deve seguire rigorosamente i codici e gli standard durante i test di accettazione di nuovi apparecchi, identificando i rischi potenziali di scarica in anticipo e correggendoli prima della messa in servizio.

3.2 Sostituire gli Isolatori delle Barre di Collegamento Invecchiati

La maggior parte delle scariche operative nelle barre di collegamento è causata dall'invecchiamento degli isolatori di supporto. Dovrebbe essere mantenuto un inventario dettagliato e gli isolatori dovrebbero essere sostituiti in base alla loro durata di servizio per garantire una forza di isolamento adeguata.

3.3 Analisi Compreensiva Utilizzando Test di Isolamento e Diagnostici

I test di isolamento possono rilevare efficacemente guasti di scarica gravi. Tuttavia, per le scariche iniziali o nascoste, sono necessari metodi diagnostici avanzati come la termografia infrarossa, l'immagine UV e il controllo ultrasonoro per la rilevazione precoce e l'intervento. Pertanto, un'analisi complessiva che combina test di isolamento e test diagnostici è essenziale per prevenire e mitigare efficacemente i guasti di scarica delle barre di collegamento.