Analisi dei guasti dell'isolamento interno negli apparecchi GIS e metodi di prova dell'isolamento

Spuntoni di conduttore ad alta tensione

Durante l'installazione dei conduttori ad alta tensione, urti o graffi accidentali possono causare spuntoni metallici sulla superficie del conduttore, come mostrato nella Figura 1. Sotto la tensione di rete, l'effetto di ionizzazione dei forti campi elettrici alle punte degli spuntoni genera particelle cariche, che possono inibire il guasto parziale (PD) o il collasso. Tuttavia, sotto la tensione d'impulso, il processo di ionizzazione indotto dal forte campo elettrico non ha sufficiente tempo per svilupparsi, rendendo più probabile l'insorgenza di PD e collasso.

Contaminanti sulla superficie dell'isolatore

Durante l'assemblaggio del GIS, la pulizia in loco è spesso insufficiente, permettendo alla polvere di entrare nel GIS e depositarsi sulle superfici degli isolatori. In alcuni casi, processi di fabbricazione scadenti lasciano residui appiccicosi sugli isolatori. Questi difetti causano frequentemente guasti durante i test di resistenza alla tensione in loco. L'energia rilasciata durante il guasto solitamente rimuove i contaminanti, rendendo difficile trovare tracce sulla superficie dell'isolatore o su altri componenti durante l'analisi di smontaggio post-guasto. La Figura 2 mostra un isolatore che ha subito un guasto in loco, senza anomalie visibili sulla sua superficie.

Componenti metallici allentati

Durante il trasporto o l'operazione, le vibrazioni meccaniche possono causare l'allentamento di coperture schermate, altri componenti metallici e viti di fissaggio. Un contatto elettrico carente in tali casi porta a guasti parziali (PD), che nel tempo possono sfociare in incidenti di collasso. La Figura 3 illustra la struttura di installazione di una copertura schermata soggetta a tali problemi.

Polveri metalliche all'interno della contenuta

Durante il trasporto o l'operazione, le vibrazioni meccaniche possono causare attrito tra i componenti metallici, generando polveri metalliche. L'igiene in loco insufficiente durante l'installazione può lasciare polvere o particelle metalliche sulla superficie interna della contenuta. Inoltre, i guasti parziali dovuti a un contatto elettrico carente possono produrre particelle di metallo o composti metallici. La Figura 3 mostra polveri generate da guasti parziali dovuti a un contatto carente in una copertura schermata. Durante l'operazione, il salto delle polveri metalliche può portare a incidenti di collasso.

Metodi di prova dei difetti di isolamento del GIS
Prova di resistenza alla tensione

Le prove di resistenza alla tensione sono richieste durante la consegna e dopo grandi revisioni. DL/T 555-2004 Linee guida per le prove di resistenza alla tensione e di isolamento in loco di apparecchiature metalliche chiuse a gas specifica i requisiti e i metodi per le prove in loco [4]. La tensione alternata è sensibile a particelle conduttive libere e altre impurità, rendendola adatta per rilevare difetti come contaminanti sulla superficie degli isolatori, componenti metallici allentati e polveri metalliche all'interno della contenuta. La tensione d'impulso, efficace per identificare contaminanti e strutture elettriche anomale, è ideale per rilevare spuntoni metallici e polveri metalliche interne.

Prova di guasto parziale (PD)

Durante le prove di resistenza alla tensione in loco, dovrebbe essere eseguita contemporaneamente la misurazione del PD. Il metodo della corrente d'impulso è attualmente l'approccio principale per misurare i segnali di PD sotto la tensione di prova a frequenza di rete. Tuttavia, questo metodo spesso non riesce a rilevare difetti come spuntoni metallici e polveri metalliche interne. Pertanto, è necessaria la misurazione del PD durante le prove di resistenza alla tensione d'impulso. Per evitare interferenze nel circuito di prova sotto la tensione d'impulso, possono essere utilizzati metodi di rilevamento ad alta frequenza, ultra-alta frequenza (UHF) o ultrasuoni.

Rilevamento del PD in linea e monitoraggio on-line

Per difetti come componenti metallici allentati e polveri metalliche generate durante l'operazione, dovrebbe essere attivamente implementato il rilevamento del PD in linea e il monitoraggio on-line. A seconda dei principi dei sensori, i metodi di rilevamento in linea includono tecniche UHF e ultrasuoni. Il rilevamento in linea è adatto per ispezioni periodiche, mentre il monitoraggio on-line è ideale per il tracciamento di difetti noti.

Conclusioni e prospettive

I difetti di isolamento interni del GIS comprendono principalmente quattro tipi: spuntoni di conduttore ad alta tensione, contaminanti sulla superficie degli isolatori, componenti metallici allentati e polveri metalliche interne. Per prevenire che questi difetti si trasformino in guasti, dovrebbero essere eseguite prove di isolamento e rilevamenti del PD durante la consegna e l'operazione. Per difetti comuni come spuntoni metallici e polveri durante le prove di consegna, dovrebbe essere prioritario il rilevamento del PD sotto la tensione d'impulso.