Trasformatori: Funzione, Tipi e Guida all'Installazione

Isolatori di trasformatori: isolamento esterno e componenti di conduzione corrente

Gli isolatori di trasformatori sono i principali dispositivi di isolamento esterno montati sul serbatoio del trasformatore. I connettori provenienti dalle spire del trasformatore devono passare attraverso questi isolatori, che forniscono l'isolamento tra i connettori e tra i connettori e il serbatoio del trasformatore, mentre servono anche a fissare meccanicamente i connettori.

A seconda del livello di tensione, gli isolatori di trasformatori sono disponibili in diversi tipi: isolatori in porcellana, isolatori a olio e isolatori a condensatore.

• Gli isolatori in porcellana sono comunemente utilizzati nei trasformatori con una tensione nominale fino a 10 kV. Sono costituiti da un barra di rame conduttiva che passa attraverso un involucro in porcellana, con l'aria che fornisce l'isolamento interno.

• Gli isolatori a olio sono tipicamente utilizzati nei trasformatori di classe 35 kV. Questi isolatori sono riempiti con olio isolante all'interno dell'involucro in porcellana, attraverso il quale passa un conduttore di rame, isolato con carta impregnata di olio.

• Gli isolatori a condensatore sono utilizzati nei trasformatori ad alta tensione superiori a 100 kV. Sono costituiti da un'unità di isolamento principale (nucleo del condensatore), involucri in porcellana superiore e inferiore, un manicotto di collegamento, un serbatoio di olio (conservatore), un insieme di molle, una base, un anello di gradazione (schermo corona), un terminale di misura, un terminale di linea, guarnizioni in gomma e olio isolante.

Gli isolatori di trasformatori servono a far uscire i connettori delle spire ad alta e bassa tensione dal serbatoio d'olio. Non solo forniscono l'isolamento tra i connettori e la terra, ma svolgono anche un ruolo critico nel fissare i connettori. Come uno dei componenti di conduzione corrente del trasformatore, gli isolatori trasportano continuamente la corrente di carico durante il normale funzionamento e devono resistere alla corrente di cortocircuito durante i guasti esterni.

Pertanto, si applicano le seguenti esigenze agli isolatori di trasformatori:

• Devono avere una forza di isolamento elettrico specificata e una forza meccanica sufficiente.

• Devono esibire una buona stabilità termica e essere in grado di resistere al riscaldamento momentaneo durante le condizioni di cortocircuito.

• Dovrebbero avere dimensioni compatte, peso leggero, ottime prestazioni di sigillaggio, alta interscambiabilità e facilità di manutenzione.

L'isolatore è principalmente composto da un nucleo di condensatore, un serbatoio di olio, un flangia e involucri in porcellana superiore e inferiore. L'isolamento principale è il nucleo del condensatore, formato da strati capacativi concentrici collegati in serie. Questo assemblaggio è racchiuso in una camera sigillata formata dagli involucri in porcellana superiore e inferiore, dal serbatoio di olio, dalla flangia e dalla base. La camera è riempita con olio di trasformatore trattato, risultando in una struttura di isolamento olio-cartaceo. Vengono utilizzate guarnizioni in gomma resistenti all'olio nelle superfici di contatto tra i componenti principali. Tutti i componenti sono compressi insieme da una forza di precarico centrale applicata tramite un set di molle robuste posizionate nel serbatoio di olio, assicurando che l'intero isolatore rimanga ermeticamente sigillato.

La flangia è dotata di un tappo di ventilazione, di un dispositivo per il prelievo di campioni di olio e di terminali per la misura della perdita dielettrica (tan δ) e della scarica parziale (PD). Durante il funzionamento, deve essere installata la protezione del terminale di misura per garantire un'efficace messa a terra dello schermo (tasto di prova); le condizioni di circuito aperto sono strettamente vietate.

Ci sono due principali metodi di connessione tra l'isolatore e i connettori ad alta tensione del trasformatore:

• Tipo a penetrazione del cavo

• Tipo a conduzione corrente a barra

Controllo pre-installazione degli isolatori di trasformatori:

Prima dell'installazione, devono essere eseguiti i seguenti controlli:

• Controllare la superficie in porcellana per eventuali crepe o danni.

• Assicurarsi che le superfici interne del collo della flangia e dell'anello di gradazione siano completamente pulite.

• Verificare che l'isolatore abbia superato tutti i test richiesti.

• Per gli isolatori a olio, verificare che l'indicazione del livello di olio sia normale e controllare eventuali fuoriuscite di olio.

Gli isolatori devono essere utilizzati nelle condizioni specificate dalla loro denominazione di modello, e devono essere osservate le seguenti precauzioni:

• Integrità del sigillo: assicurare che l'isolatore rimanga sigillato è fondamentale per ottenere una lunga durata di vita. Qualsiasi punto di sigillatura disturbato durante l'installazione o la manutenzione deve essere accuratamente ripristinato alle sue condizioni originarie sigillate.

• Controllo e regolazione del livello di olio: il livello di olio all'interno dell'isolatore deve essere monitorato periodicamente durante il funzionamento. Se il livello di olio è troppo alto o troppo basso, è necessario effettuare un aggiustamento.

• Se il livello di olio è troppo alto, l'olio in eccesso può essere drenato lentamente attraverso il tappo di drenaggio dell'olio sulla flangia.

• Se il livello di olio è troppo basso, deve essere aggiunto olio di trasformatore qualificato della stessa qualità specificata sulla targhetta attraverso il portello di riempimento del serbatoio di olio.

• Per gli isolatori con risultati di prove di olio costantemente normali nelle prove preventive annuali, l'intervallo tra le prove preventive può essere adeguatamente prolungato per ridurre la frequenza del prelievo di campioni di olio. Eventuali problemi devono essere riferiti al produttore. L'isolatore non deve essere smontato dall'utente.

Procedura corretta di prelievo di campioni di olio:
Pulire l'area intorno al tappo di drenaggio dell'olio sulla flangia. Aprire il tappo e avvitare lentamente un ugello di prelievo di campioni dedicato nella perforazione centrale filettata del tappo fino a quando entra in contatto con il sigillo interno. Stringere l'ugello per comprimere la guarnizione di sigillaggio, consentendo all'olio di trasformatore all'interno dell'isolatore di fluire fuori attraverso l'ugello. Dopo il prelievo, invertire i passaggi sopra descritti per ripristinare la condizione sigillata originale.

Nota: Quando si rimuove l'ugello, non allentare il tappo di drenaggio dell'olio. Se si verifica un allentamento, stringere immediatamente il tappo utilizzando la chiave appropriata.

Messaggio a terra del terminale di misura:
Un terminale di misura è fornito sulla flangia dell'isolatore. Quando si misura la perdita dielettrica o la scarica parziale, rimuovere il copricapo del terminale e collegare il filo di prova—il perno del terminale è isolato dalla flangia. Dopo il test, il copricapo del terminale deve essere sostituito saldamente per garantire un'affidabile messa a terra. Il terminale di misura non deve mai essere lasciato in circuito aperto durante il funzionamento.

Nota sulla misura della perdita dielettrica:
Il valore di perdita dielettrica misurato in loco a 10 kV potrebbe differire dai dati di prova in fabbrica a causa dell'influenza di strumenti di misura, posizione dell'isolatore e condizioni ambientali. Si consiglia di utilizzare un ponte di Schering ad alta tensione per la misura, e i dati ottenuti in condizioni ad alta tensione dovrebbero essere considerati autorevoli.