Principi dei guasti e diagnostica in linea dei circuiti secondari del trasformatore di corrente elettronico

1 Principio e Ruolo dei Trasformatori Elettronici di Corrente
1.1 Principio di Funzionamento del TEC

Un Trasformatore Elettronico di Corrente (TEC) è un dispositivo chiave per la gestione delle operazioni sicure del sistema elettrico, convertendo correnti elevate in segnali di piccola corrente gestibili per misurazione e controllo. A differenza dei trasformatori tradizionali (che si basano sull'interazione diretta del campo magnetico tra l'avvolgimento primario e secondario), i TEC utilizzano sensori (ad esempio, sensori ad effetto Hall) per rilevare le variazioni del campo magnetico dall'avvolgimento primario. Questi sensori forniscono segnali analogici (proporzionali alla corrente primaria) per la elaborazione da parte di circuiti elettronici (amplificazione, filtraggio o digitalizzazione). I TEC moderni spesso forniscono segnali digitali per uso diretto nei sistemi di protezione, misurazione e controllo. I TEC superano i trasformatori elettromagnetici tradizionali in termini di precisione, gamma dinamica e velocità di risposta, essendo più piccoli, leggeri e consentendo un avanzato trattamento dei dati e comunicazione.

1.2 Ruolo del TEC nei Sistemi Elettrici

I TEC forniscono misurazioni di corrente ad alta precisione fondamentali per il monitoraggio, il controllo e la protezione dei sistemi elettrici (ad esempio, prevenire sovraccarichi/curtocircuiti). Garantiscono la sicurezza degli equipaggiamenti e del personale e riducono le interruzioni di energia. Per la misurazione e la fatturazione, la precisione del TEC assicura prezzi equi dell'elettricità su linee ad alta tensione/corrente elevata. Dati accurati aiutano anche a ottimizzare l'efficienza e la stabilità del sistema.

1.3 Struttura del Circuito Secondario

Il circuito secondario del TEC (componente principale) include sensori (ad esempio, ad effetto Hall), circuiti di elaborazione del segnale, convertitori analogico-digitale (ADC) e interfacce di comunicazione. I componenti lavorano insieme per una cattura e trasmissione accurata del segnale. I TEC moderni presentano autodiagnosi per monitorare le prestazioni e i guasti, adattandosi alle esigenze di sistemi elettrici più intelligenti.

2 Tipi di Guasti nel Circuito Secondario dei TEC
2.1 Guasti Aperti

Causati da fili rotti, connessioni allentate o isolamento invecchiato, i guasti aperti interrompono il flusso di corrente, portando a misurazioni anomale (ad esempio, zero/basse). Ciò comporta il rischio di azioni di protezione/controllo errate, mettendo a repentaglio la sicurezza del sistema.

2.2 Guasti a Cortocircuito

Si verificano quando connessioni non intenzionali dei conduttori (ad esempio, danni all'isolamento) causano impennate di corrente, rischiando il surriscaldamento/incendio degli equipaggiamenti. Destabilizzano i sistemi, potendo danneggiare dispositivi o attivare malfunzionamenti di protezione.

2.3 Guasti a Terra

Si verificano a causa di un collegamento a terra improprio del circuito secondario (ad esempio, fallimento dell'isolamento). Alterano i percorsi di corrente, causando errori di misurazione, malfunzionamenti della protezione o scosse elettriche (pericolose durante la manutenzione).

2.4 Guasti per Sovraccarico

Si verificano quando la corrente supera la capacità di progettazione (ad esempio, a causa di anomalie del sistema). I sovraccarichi causano il surriscaldamento dei componenti, la degradazione dell'isolamento o il bruciamento degli equipaggiamenti. Identificati tramite il monitoraggio della corrente/temperatura, pongono a rischio danni a lungo termine al sistema.

2.5 Interferenze da Rumore Elettrico

Da fonti esterne/interna (ad esempio, EMI, RFI), il rumore distorce i segnali, causando errori di misurazione o malfunzionamenti del sistema di protezione (ad esempio, spegnimenti inutili).

2.6 Guasti Influenzati dalla Temperatura

Le temperature estreme disturbano le prestazioni: il calore elevato degrada i semiconduttori e l'isolamento (aumentando i rischi di cortocircuito); le basse temperature danneggiano i componenti. Ciò causa errori di misurazione o malfunzionamenti della protezione.

2.7 Guasti per Corrosione/Invecchiamento

La degradazione graduale dei componenti (fili, isolamento) a causa di fattori ambientali (ad esempio, umidità, sostanze chimiche) riduce le prestazioni elettriche, aumentando i rischi di cortocircuito e guasti a terra.

3 Metodi di Diagnosi Online per i Guasti nel Circuito Secondario dei TEC
3.1 Acquisizione del Segnale

Si basa su sensori (ad esempio, ad effetto Hall/trasformatori di corrente) e ADC. I sensori ad effetto Hall misurano la corrente in modo non invasivo, garantendo sicurezza e precisione. Gli ADC convertono i segnali analogici in forma digitale per l'elaborazione. Gli ADC ad alta velocità catturano sottili variazioni del segnale, consentendo una rapida rilevazione dei guasti.

3.2 Analisi nel Dominio del Tempo

Comprende l'analisi delle forme d'onda e statistica. L'analisi delle forme d'onda controlla eventuali irregolarità (ad esempio, asimmetrie/spike, indicativi di guasti dei componenti). L'analisi statistica (ad esempio, media/deviazione standard) identifica la stabilità e la distribuzione del segnale, segnalando fluttuazioni dovute a guasti.

3.3 Rilevamento dei Guasti Basato su Modelli

Il rilevamento soglia utilizza limiti predefiniti per attivare allarmi per segnali anomali (basati su dati storici/conoscenza esperta). Il confronto con modelli (avanzato) confronta i dati in tempo reale con un modello di sistema "sano", rilevando deviazioni per una diagnosi precisa dei guasti.

3.4 Localizzazione dei Guasti Basata sulla Conoscenza

L'Analisi degli Alberi di Falla (FTA) mappa la logica dei guasti per identificare le cause radice attraverso l'analisi gerarchica dei sottoguasti. I sistemi esperti (simulando la competenza umana) utilizzano regole (dati storici/conoscenza pregressa) per una localizzazione precisa dei guasti, gestendo scenari complessi.

3.5 Monitoraggio con Immagini Termiche

Gli immaginari termici infrarossi rilevano calori anomali (ad esempio, da sovraccarichi/isolamento invecchiato) nei TEC. Non invasivi e in tempo reale, consentono una diagnosi sicura dei guasti senza interrompere le operazioni. Combinati con altri metodi, migliorano l'accuratezza (affrontando limiti come i guasti non correlati alla temperatura).

Note Chiave

I TEC offrono vantaggi sui trasformatori tradizionali ma affrontano guasti del circuito secondario (ad esempio, aperti/cortocircuiti, rumore). La diagnosi online (acquisizione del segnale, analisi nel dominio del tempo, metodi basati su modelli/sulla conoscenza, immagini termiche) garantisce un funzionamento affidabile, adattandosi alle esigenze moderne dei sistemi elettrici.