Trasformatori elettrici Resistenza d'isolamento e analisi delle perdite dielettriche

1 Introduzione

I trasformatori di potenza sono tra le apparecchiature più critiche nei sistemi elettrici, ed è essenziale massimizzare la prevenzione e minimizzare l'insorgere di guasti e incidenti dei trasformatori. I guasti di isolamento di vario tipo rappresentano oltre l'85% di tutti gli incidenti dei trasformatori. Pertanto, per garantire un funzionamento sicuro dei trasformatori, è necessario effettuare regolarmente test di isolamento per rilevare in anticipo difetti di isolamento e affrontare prontamente possibili pericoli accidentali. Nel corso della mia carriera, ho partecipato frequentemente ai lavori di test sui trasformatori, accumulando una vasta conoscenza in questo campo. Questo articolo fornisce una dettagliata introduzione alla verifica complessiva dell'isolamento dei trasformatori e alle condizioni di isolamento riflesse dai risultati dei test.

2 Misurazione della resistenza di isolamento e del rapporto di assorbimento

2.1 Misurazione della resistenza di isolamento

Durante la misurazione, si dovrebbe utilizzare un megohmetro secondo le specifiche standard per misurare sequenzialmente la resistenza di isolamento tra ciascuna avvolgimento del trasformatore e il terreno, nonché tra gli avvolgimenti. I terminali dell'avvolgimento in prova dovrebbero essere cortocircuitati, mentre i terminali degli avvolgimenti non in prova dovrebbero essere tutti cortocircuitati e collegati a terra. Le posizioni di misura e la sequenza dovrebbero seguire la tabella sottostante.

Quando si confrontano i valori della resistenza d'isolamento, questi devono essere convertiti alla stessa temperatura utilizzando la seguente espressione matematica:

Nella formula:

R1 rappresenta il valore della resistenza d'isolamento (in megaohm) misurato alla temperatura t1

R2 rappresenta il valore della resistenza d'isolamento (in megaohm) calcolato alla temperatura t2

I valori di resistenza d'isolamento misurati vengono giudicati principalmente confrontando i risultati di successive misurazioni di ciascuna avvolgimento. In confronto ai risultati dei test precedenti, non dovrebbe esserci un cambiamento significativo, generalmente non inferiore al 70% del valore precedente. Durante i test di messa in servizio, il valore dovrebbe generalmente non essere inferiore al 70% del valore di prova in fabbrica (alla stessa temperatura).

Quando non sono disponibili valori di riferimento, lo standard per i valori della resistenza d'isolamento è generalmente come indicato nella tabella sottostante.

2.2 Misura del rapporto di assorbimento e dell'indice di polarizzazione

Il rapporto di assorbimento è il rapporto tra i valori della resistenza d'isolamento misurati con un megohmetro a 60 secondi e 15 secondi dopo l'applicazione della tensione. Il rapporto di assorbimento è altamente sensibile all'umidità nell'isolamento. Quando la temperatura è compresa tra 10°C e 30°C, il rapporto di assorbimento non dovrebbe essere inferiore a 1.3.

Per trasformatori con una tensione nominale di 220kV o superiore o con una potenza nominale di 120MVA o superiore, dovrebbe essere misurato l'indice di polarizzazione. Questo indice è il rapporto tra le letture prese a dieci minuti e un minuto, con l'indice di polarizzazione non inferiore a 1.5.

La misura della resistenza d'isolamento e del rapporto di assorbimento è un metodo semplice e universale per verificare la condizione d'isolamento dei trasformatori. Questo test può rilevare efficacemente l'umidità dell'isolamento e difetti locali, come isolatori in porcellana crepati, conduttori a massa, ecc. Se la resistenza d'isolamento e il rapporto di assorbimento misurati non rispettano i valori specificati, certamente esistono difetti di tipo suddetto nell'isolamento.

3 Prova della corrente di fuga

Durante il test, viene utilizzato un generatore di alta tensione continua e un microamperometro. I punti di applicazione della tensione sono come mostrato nella tabella seguente:

Gli standard di applicazione della tensione di prova sono mostrati nella tabella seguente.

Dopo aver alzato la tensione alla tensione di prova, leggere la corrente continua che passa attraverso l'avvolgimento sottoposto a prova dopo un minuto; questo valore è la corrente di fuga misurata.

Il test della corrente di fuga misura essenzialmente la resistenza d'isolamento. Tuttavia, poiché viene utilizzata una tensione continua più elevata per misurare le correnti di fuga, può rivelare difetti d'isolamento che un megaohmetro non può rilevare, come difetti di guasto parziale nei trasformatori e difetti nelle calotta di uscita. Nell'analisi e valutazione dei risultati di misura, si effettuano principalmente confronti con trasformatori simili e tra diversi avvolgimenti, nonché con i risultati dei test degli anni precedenti, senza aspettarsi cambiamenti significativi. Se i valori aumentano anno dopo anno, si dovrebbe prestare attenzione in quanto ciò spesso indica un deterioramento graduale dell'isolamento. Se c'è un aumento improvviso rispetto agli anni precedenti, potrebbe indicare difetti gravi che richiedono indagini.

4 Misurazione della Tangente dell'Angolo di Perdita Dielettrica

Poiché il contenitore del trasformatore è collegato direttamente a terra, per la misurazione della tangente dell'angolo di perdita dielettrica viene utilizzato il ponte AC QS1 con cablaggio inverso. I punti di misura sono come mostrato nella tabella sottostante.

Nota: i contenuti effettivi della tabella non sono stati forniti nel testo, quindi vengono menzionati qui in termini generali. Se hai dettagli o dati specifici per la tabella, questi potrebbero essere inclusi nella traduzione per maggiore precisione.

Questa traduzione copre la procedura tecnica per la verifica dell'angolo di perdita dielettrica e la ragione per cui viene utilizzato un determinato equipaggiamento a causa delle considerazioni di messa a terra. Riflette inoltre l'importanza del confronto tra i risultati attuali e quelli storici per identificare eventuali problemi all'interno del sistema d'isolamento del trasformatore.

Durante la misurazione, i due terminali dell'avvolgimento in prova devono essere cortocircuitati, mentre tutti gli avvolgimenti delle fasi non in prova devono essere cortocircuitati e collegati a terra. Ciò evita errori di misurazione causati dall'induttanza degli avvolgimenti.

I valori standard per la tangente dell'angolo di perdita dielettrica dell'isolamento degli avvolgimenti del trasformatore (a 20°C) sono mostrati nella seguente tabella:

La tangente dell'angolo di perdita dielettrica non dovrebbe mostrare cambiamenti significativi rispetto ai valori storici (generalmente non superiore al 30%). La tensione di prova è di 10 kV quando la tensione del devanatura è di 10 kV o superiore, ed è uguale alla tensione nominale (Un) quando la tensione del devanatura è inferiore a 10 kV.

Durante la misurazione, la tangente dell'angolo di perdita dielettrica dovrebbe essere convertita alla stessa temperatura utilizzando la seguente espressione matematica:

Nella formula:

tgδ1 e tgδ2 rappresentano i valori della tangente delta alle temperature t1 e t2, rispettivamente.

La misurazione della tangente dell'angolo di perdita dielettrica dell'isolamento del devanatura del trasformatore viene principalmente utilizzata per verificare l'ingresso di umidità nel trasformatore, l'invecchiamento dell'isolamento, il deterioramento dell'olio, l'accumulo di fango sull'isolamento e difetti locali gravi. Se la tangente dell'angolo di perdita dielettrica misurata non soddisfa i valori specificati, certamente esistono alcuni dei suddetti difetti nell'isolamento.

5 Prova di resistenza alla tensione alternata a frequenza industriale

L'attrezzatura per la prova di resistenza alla tensione alternata a frequenza industriale richiede tipicamente un trasformatore di prova, un variatore di tensione, un voltmetro elettrostatico ad alta tensione e una lacuna sferica. Quando necessario, possono essere inoltre connesse in serie sull'alta tensione un amperometro alternato e una resistenza d'acqua. Durante la prova, l'attrezzatura di prova dovrebbe essere selezionata correttamente in base alla tensione e alla capacità richiesta dal campione di prova.