Procedimenti di Prova dei Trasformatori Conformi agli Standard IEEE C57 e GB 1094

1. Fondamenti dei test sui trasformatori

1.1 Panoramica
I trasformatori sono tra i pezzi di equipaggiamento più critici per la trasmissione dell'energia elettrica. La loro qualità e affidabilità influiscono direttamente sulla sicura e dipendibile fornitura di elettricità. Il danno a generatori trasformatori o a trasformatori chiave di sottostazione può interrompere la trasmissione di energia, e la riparazione o il trasporto di tali unità di grandi dimensioni spesso richiede diversi mesi.

Durante questo periodo di inattività, la fornitura di energia è compromessa, con un impatto negativo sulla produzione industriale e agricola nonché sul consumo domestico di elettricità—risultando in perdite economiche significative.

Mentre le esigenze per l'operazione sicura e affidabile dei trasformatori continuano ad aumentare, le tecnologie di test dei trasformatori si sono notevolmente avanzate negli ultimi due decenni. Sviluppi notevoli includono:

• Test di cortocircuito su trasformatori di grandi dimensioni alla tensione nominale,

• Tecniche di misurazione e localizzazione delle scariche parziali,

• Applicazione di funzioni di trasferimento per la rilevazione dei guasti impulsivi,

• Uso della tecnologia digitale per la misurazione delle perdite,

• Introduzione di metodi di intensità sonora nella misurazione del rumore,

• Analisi spettrale per la diagnosi della deformazione degli avvolgimenti, e

• Utilizzo sempre più diffuso dell'analisi dei gas disciolti (DGA) nell'olio del trasformatore.

1.2 Standard per i test sui trasformatori
Per garantire che i trasformatori soddisfino gli standard richiesti per la qualità e l'affidabilità della trasmissione di energia, sono stati stabiliti standard nazionali sia per i trasformatori che per le procedure di test:

• GB 1094.1–1996: Trasformatori di potenza – Parte 1: Generale

• GB 1094.2–1996: Trasformatori di potenza – Parte 2: Aumento di temperatura

• GB 1094.3–1985: Trasformatori di potenza – Parte 3: Livelli di isolamento, prove dielettriche e distanze esterne in aria

• GB 1094.5–1985: Trasformatori di potenza – Parte 5: Capacità di resistere al cortocircuito

• GB 6450–1986: Trasformatori di potenza a secco

1.3 Elementi di test sui trasformatori

1.3.1 Test di routine

• Misurazione della resistenza degli avvolgimenti

• Misurazione del rapporto di tensione e misurazione delle perdite a carico

• Misurazione dell'impedenza a cortocircuito e misurazione delle perdite a carico

• Misurazione della corrente a vuoto e delle perdite a vuoto

• Misurazione della resistenza d'isolamento tra gli avvolgimenti e il terra

• Test dielettrici di routine — vedere Tabella 1-3 per gli elementi di test d'isolamento di routine in fabbrica

• Test del cambio automatico di derivazione a carico

1.3.2 Test di tipo

• Test di aumento di temperatura.

• Test di tipo di isolamento (vedi Tabella 1).

1.3.3 Test speciali

• Misurazione dell'impedenza di sequenza zero per trasformatori trifase.

• Test di resistenza a cortocircuito.

• Misurazione del livello sonoro.

• Misurazione dei componenti armonici nella corrente a vuoto.

2. Misurazione del rapporto di tensione e verifica della designazione del gruppo di connessione

2.1 Panoramica
La misurazione del rapporto di tensione è un test routinario per i trasformatori. Viene eseguita non solo in fabbrica durante la produzione, ma anche sul posto prima che il trasformatore venga messo in servizio.

2.1.1 Scopo della misurazione del rapporto di tensione

• Assicurarsi che i rapporti di tensione in tutte le posizioni di presa cadano all'interno della tolleranza ammessa specificata dagli standard o dai requisiti tecnici contrattuali.

• Verificare che bobine o sezioni di bobina (ad esempio, sezioni a presa) collegate in parallelo abbiano lo stesso numero di spire.

• Confermare che i conduttori di presa e le connessioni al cambiapresenze siano cablati correttamente.

Il rapporto di tensione è un parametro di prestazione critico di un trasformatore. Poiché questo test utilizza una bassa tensione ed è semplice da eseguire, viene effettuato più volte durante la produzione per garantire la conformità alle specifiche di progettazione.

3. Misurazione della resistenza a corrente continua delle avvolgimenti

3.1 Scopo e requisiti
Secondo GB 1094.1–1996 “Trasformatori elettrici – Parte 1: Generale,” la misurazione della resistenza a corrente continua è classificata come un test routinario. Pertanto, ogni trasformatore deve sottoporsi a questo test sia durante che dopo la produzione.

Gli scopi principali della misurazione della resistenza a corrente continua sono controllare gli aspetti seguenti:

• Qualità delle saldature o connessioni meccaniche tra i conduttori degli avvolgimenti—verifica di giunti difettosi;

• Integrità delle connessioni tra i conduttori e le bushing, e tra i conduttori e il cambiapresenze;

• Affidabilità delle saldature o connessioni meccaniche tra i cavi di uscita;

• Se le dimensioni e la resistività dei conduttori soddisfino le specifiche;

• Equilibrio della resistenza tra le fasi;

• Calcolo dell'aumento di temperatura degli avvolgimenti, che richiede la misurazione della resistenza a freddo prima del test di aumento di temperatura e la resistenza a caldo immediatamente dopo l'interruzione della corrente durante il test.

3.2 Metodi di misurazione
Secondo JB/T 501–91 “Guida per la sperimentazione dei trasformatori elettrici,” ci sono due metodi standard per la misurazione della resistenza a corrente continua degli avvolgimenti dei trasformatori:

• Metodo a ponte (ad esempio, ponte di Kelvin doppio)

• Metodo volt-ampere (V-A)

4. Test a vuoto

4.1 Panoramica
La misurazione della perdita a vuoto e della corrente a vuoto è un test routinario per i trasformatori. Le caratteristiche di magnetizzazione complete di un trasformatore vengono determinate attraverso il test a vuoto.

Gli obiettivi di questo test sono:

• Misurare la perdita a vuoto e la corrente a vuoto;

• Verificare se la progettazione e il processo di produzione del nucleo soddisfano gli standard e le specifiche tecniche applicabili;

• Rilevare potenziali difetti del nucleo, come surriscaldamenti localizzati o debolezze di isolamento.

4.2 Perdita a vuoto
La perdita a vuoto è costituita principalmente dalle perdite di isteresi e di corrente indotta nelle lamelle di acciaio elettrotecnico. Include anche perdite aggiuntive, come le perdite disperse causate dal flusso di dispersione.

4.3 Corrente a vuoto
L'entità della corrente a vuoto è determinata principalmente dalla curva B–H (magnetizzazione) dell'acciaio elettrotecnico utilizzato nel nucleo.

5. Misurazione della perdita a carico e dell'impedenza a cortocircuito

5.1 Panoramica del test a carico
La misurazione della perdita a carico e dell'impedenza a cortocircuito è un test routinario.

I produttori eseguono questo test per:

• Determinare i valori di perdita a carico e impedenza a cortocircuito;

• Verificare la conformità agli standard e agli accordi tecnici;

• Rilevare eventuali difetti nelle spire.

Durante il test, una tensione viene applicata a una spira mentre l'altra è cortocircuitata. Secondo l'equilibrio degli ampere-giri, quando la corrente nella spira alimentata raggiunge il suo valore nominale, anche la spira cortocircuitata trasporta la corrente nominale.

Anche se il flusso magnetico principale nel nucleo è molto piccolo durante questo test, si genera un significativo flusso di dispersione a causa del forte flusso di corrente. Questo flusso di dispersione causa:

• Perdite per correnti indotte nei conduttori delle spire;

• Perdite per correnti circolanti nei conduttori paralleli;

• Perdite aggiuntive nelle strutture di serraggio, nelle pareti del serbatoio, negli schermi elettromagnetici, nei telai del nucleo e nelle placche di collegamento.

Tutte queste perdite dipendono dalla corrente e sono collettivamente classificate come perdite di carico.

6. Test di resistenza alla tensione alternata applicata

6.1 Panoramica
Per garantire che i trasformatori siano sicuri e affidabili per l'operazione in rete, la loro isolazione deve soddisfare non solo gli standard di prestazioni ma anche la forza dielettrica richiesta. La forza dielettrica determina se un trasformatore può sopportare le tensioni operative normali nonché condizioni anomale come sovratensioni dovute a fulmini o commutazioni.

Solo dopo aver superato con successo i test, inclusi quelli di resistenza a breve durata alla tensione alternata, resistenza all'impulso e misurazioni di scariche parziali, un trasformatore può essere considerato pronto per la connessione alla rete.

Il test di resistenza alla tensione alternata applicata valuta principalmente la forza dell'isolamento principale tra le spire e il terreno, e tra le spire.

• Per i trasformatori completamente isolati, questo test valida completamente l'isolamento principale.

• Per i trasformatori con isolamento graduale, valuta solo l'isolamento delle spire finali vicino al giogo e l'isolamento di certe sezioni di cavi al terreno. Non può valutare la forza completa dell'isolamento tra le spire e il terreno o tra le spire.

Per i trasformatori con isolamento graduale, è necessario un test di tensione indotta per valutare in modo completo la forza dell'isolamento tra le spire, al terreno e per i cavi associati.

7. Test di resistenza a sovratensione indotta

7.1 Panoramica
Il test di resistenza a sovratensione indotta è un altro test dielettrico critico che segue il test di resistenza alla tensione alternata applicata.

• Per i trasformatori completamente isolati, il test di resistenza alla tensione alternata applicata controlla solo l'isolamento principale, mentre l'isolamento longitudinale tra giri, strati e sezioni viene verificato dal test di tensione indotta.

• Per i trasformatori con isolamento graduale, il test di resistenza alla tensione alternata applicata verifica solo l'isolamento del punto neutro. Il test di tensione indotta è essenziale per valutare:

• Isolamento longitudinale (tra giri, strati e sezioni);

• Isolamento tra le spire e il terreno;

• Isolamento inter-spire e tra fasi.

Pertanto, il test di tensione indotta è un metodo vitale per valutare sia l'integrità dell'isolamento principale che quella longitudinale.

7.2 Requisiti del test
Il test di tensione indotta viene solitamente eseguito applicando il doppio della tensione nominale ai terminali della spira a bassa tensione, lasciando tutte le altre spire aperte. L'onda di tensione applicata dovrebbe essere il più possibile simile a un'onda sinusoidale pura.