Come Diagnosticare ed Eliminare i Guasti di Terra al Nucleo del Trasformatore

Le bobine e il nucleo di un trasformatore sono i componenti principali responsabili della trasmissione e della trasformazione dell'energia elettromagnetica. Garantire il loro funzionamento affidabile è una preoccupazione importante. I dati statistici mostrano che i problemi legati al nucleo rappresentano la terza causa più frequente di guasti dei trasformatori. I produttori hanno prestato sempre maggiore attenzione ai difetti del nucleo e hanno implementato miglioramenti tecnici riguardanti il collegamento a terra affidabile del nucleo, il monitoraggio del collegamento a terra del nucleo e l'assicurazione di un singolo punto di raccordo a terra. Anche i dipartimenti operativi hanno posto grande enfasi sulla rilevazione e sull'identificazione dei guasti del nucleo. Nonostante ciò, i guasti del nucleo nei trasformatori continuano a verificarsi frequentemente, principalmente a causa del collegamento a terra multi-punto e del cattivo collegamento a terra del nucleo. Questo articolo introduce i metodi di diagnosi e gestione per questi due tipi di guasti.

1.Eliminazione dei guasti di collegamento a terra multi-punto

1.1 Misure temporanee quando il trasformatore non può essere messo fuori servizio

• Se esiste un conduttore di collegamento a terra esterno e la corrente di guasto è relativamente elevata, il filo di collegamento a terra può essere temporaneamente disconnesso durante l'operazione. Tuttavia, è essenziale un monitoraggio costante per prevenire lo sviluppo di un potenziale galleggiante nel nucleo dopo la scomparsa del punto di guasto.

• Se il guasto di collegamento a terra multi-punto è instabile, può essere inserito un resistore variabile (rheostat) nel circuito di collegamento a terra di lavoro per limitare la corrente a meno di 1 A. Il valore della resistenza viene determinato dividendo la tensione misurata attraverso il conduttore di collegamento a terra normale aperto dalla corrente che scorre attraverso il conduttore di collegamento a terra.

• L'analisi cromatografica dovrebbe essere utilizzata per monitorare il tasso di produzione di gas nel punto di guasto.

• Dopo aver localizzato con precisione il punto di guasto tramite misurazioni, se non può essere riparato direttamente, la fascetta di collegamento a terra normale del nucleo può essere spostata nella stessa posizione del punto di guasto per ridurre significativamente le correnti circolanti.

1.2 Misure di manutenzione approfondita

Una volta confermato un guasto di collegamento a terra multi-punto attraverso il monitoraggio, i trasformatori che possono essere spenti dovrebbero essere immediatamente de-energizzati e completamente riparati per eliminare il guasto. Dovrebbero essere selezionati metodi di manutenzione appropriati in base al tipo e alla causa del collegamento a terra multi-punto. Tuttavia, in alcuni casi, anche dopo lo spegnimento e la rimozione del nucleo, il punto di guasto non può essere trovato. Per localizzare con precisione il punto di collegamento a terra sul posto, possono essere utilizzati i seguenti metodi:

• Metodo CC: Disconnettere la fascetta di collegamento tra il nucleo e il telaio di fissaggio. Applicare una tensione continua di 6 V tra le lamelle di acciaio silicio su entrambi i lati del giogo. Quindi, utilizzare un voltmetro a corrente continua per misurare sequenzialmente la tensione tra le lamelle adiacenti. La posizione in cui la tensione risulta zero o cambia polarità indica il punto di guasto di collegamento a terra.

• Metodo CA: Applicare una tensione alternata di 220-380 V all'avvolgimento a bassa tensione, stabilendo il flusso magnetico nel nucleo. Con la fascetta di collegamento tra il nucleo e il telaio di fissaggio disconnessa, utilizzare un milliamperometro per rilevare il flusso di corrente indicativo di un guasto di collegamento a terra multi-punto. Spostare la sonda del milliamperometro lungo ogni livello di lamella del giogo; il punto in cui la corrente scende a zero è la posizione del guasto.

2. Fenomeni anomali causati dal collegamento a terra multi-punto

• Vengono indotte correnti vorticoshe nel nucleo, aumentando le perdite nel nucleo e causando surriscaldamenti localizzati.

• Se un grave collegamento a terra multi-punto rimane invariato per un periodo prolungato, l'operazione continua sovrarriscalderà l'olio e gli avvolgimenti, invecchiando gradualmente l'isolamento olio-cartaceo. Ciò può causare la deteriorazione e la distacco del rivestimento isolante inter-lamellare, portando a un surriscaldamento ancora più grave del nucleo e alla sua eventuale bruciatura.

• Un collegamento a terra multi-punto prolungato degrada l'olio isolante nei trasformatori a olio, producendo gas infiammabili che possono attivare il relè Buchholz (relè a gas).

• Il surriscaldamento del nucleo può carbonizzare i blocchi di legno e i componenti di fissaggio all'interno del serbatoio del trasformatore.

• Un grave collegamento a terra multi-punto può bruciare il conduttore di collegamento a terra, causando la perdita del collegamento a terra singolo normale del trasformatore, una condizione estremamente pericolosa.

• Il collegamento a terra multi-punto può anche causare fenomeni di scariche parziali.

3. Motivo per cui il nucleo deve essere collegato a terra solo in un punto durante il funzionamento normale

Durante il funzionamento normale, esiste un campo elettrico tra gli avvolgimenti alimentati e il serbatoio del trasformatore. Il nucleo e altre parti metalliche si trovano all'interno di questo campo. A causa della distribuzione ineguale della capacità e delle diverse intensità del campo, se il nucleo non è collegato a terra in modo affidabile, si verificheranno fenomeni di carica-scarica, danneggiando sia l'isolamento solido che quello a olio. Pertanto, il nucleo deve essere collegato a terra esattamente in un punto.

Il nucleo è composto da lamelle di acciaio silicio. Per ridurre le correnti vorticoshe, ogni lamella è isolata dalle adiacenti con una piccola resistenza (solitamente solo pochi decini di ohm). Tuttavia, a causa della capacitance molto alta tra le lamelle, queste agiscono come un percorso conduttivo sotto campi elettrici alternati. Pertanto, il collegamento a terra del nucleo in un solo punto è sufficiente per bloccare l'intero stack al potenziale di terra.

Se il nucleo o i suoi componenti metallici hanno due o più punti di collegamento a terra (collegamento a terra multi-punto), si forma un anello chiuso tra questi punti. Questo anello collega parte del flusso magnetico, inducendo forza eletromotrice e correnti circolanti, che causano surriscaldamenti localizzati e possono persino bruciare il nucleo.

Solo il collegamento a terra in un singolo punto del nucleo del trasformatore costituisce un collegamento a terra affidabile e normale, ovvero il nucleo deve essere collegato a terra e deve essere collegato a terra esattamente in un punto.

I guasti principali sono causati principalmente da due fattori: (1) pratiche di costruzione povere che portano a cortocircuiti, e (2) accessori o fattori esterni che causano un'interconnessione multipla a terra.