8 Misure Chiave per Ridurre la Scarica Parziale nei Trasformatori Elettrici

Crescente richiesta di sistemi di raffreddamento per trasformatori e funzione dei raffreddatori

Con lo sviluppo rapido delle reti elettriche e l'aumento della tensione di trasmissione, le reti elettriche e gli utenti finali stanno richiedendo un'isolazione sempre più affidabile per i grandi trasformatori. Poiché i test di scarica parziale non sono distruttivi per l'isolamento e sono altamente sensibili, essi possono rilevare efficacemente difetti intrinseci nell'isolamento del trasformatore o difetti che minacciano la sicurezza generati durante il trasporto e l'installazione. I test di scarica parziale in loco hanno trovato una diffusione ampiamente applicata ed è stato incluso come un elemento di test obbligatorio per la messa in servizio per trasformatori con tensioni nominali di 72,5 kV e superiori.

1.Scarica parziale e i suoi principi

La scarica parziale, anche nota come ionizzazione elettrostatica, si riferisce al flusso di cariche elettrostatiche. Sotto una certa tensione applicata, le cariche elettrostatiche subiscono prima l'ionizzazione nelle posizioni con isolamento più debole in aree di campo elettrico più forte, senza causare un completo cedimento dell'isolamento. Questo fenomeno di flusso di cariche elettrostatiche è chiamato scarica parziale. La scarica parziale che si verifica vicino a conduttori circondati da gas viene chiamata corona.

La scarica parziale è una scarica elettrica che si verifica in posizioni localizzate all'interno dell'isolamento interno dei trasformatori. Poiché la scarica è localizzata e ha bassa energia, non causa direttamente un crollo completo dell'isolamento interno.

Per i test di scarica parziale sui trasformatori, inizialmente in Cina venivano implementati requisiti solo per trasformatori con tensioni nominali di 220kV e superiori. Successivamente, il nuovo standard IEC ha stabilito che la misurazione della scarica parziale dovrebbe essere eseguita quando la massima tensione operativa Um ≥ 126kV. Lo standard nazionale specifica inoltre che per i trasformatori con tensione operativa massima Um ≥ 72,5kV e capacità nominale P ≥ 10.000kVA, la misurazione della scarica parziale dovrebbe essere effettuata, a meno che non sia diversamente concordato.

Il metodo di prova per la scarica parziale segue le disposizioni della norma GB1094.3-2003, con il limite standard stabilito a non superiore a 500pC. Tuttavia, nei contratti reali, i clienti spesso richiedono limiti di ≤300pC o ≤100pC. Tali accordi tecnici richiedono ai produttori di trasformatori di mantenere standard tecnici più elevati per i loro prodotti.

2.Pericoli associati alla scarica parziale

La gravità dei pericoli associati alla scarica parziale è legata alle sue cause, alla sua ubicazione e ai livelli di tensione di inizio e di fine. Tensioni di inizio e di fine più elevate significano minor pericolo, e viceversa. In termini di caratteristiche della scarica, le scariche che interessano l'isolamento solido rappresentano il pericolo maggiore per i trasformatori, riducendo la resistenza all'isolamento o addirittura causandone il danno.

3.Cause della scarica parziale

I fattori che causano la scarica parziale includono considerazioni progettuali inadeguate, ma originano più comunemente dal processo di fabbricazione:

• Spigoli e scorie su componenti che distorcono il campo elettrico e riducono la tensione di inizio della scarica;

• Corpi estranei e polvere che causano la concentrazione del campo elettrico, portando a scariche di corona o a scariche di rottura sotto campi elettrici esterni;

• Umidità o bolle di gas. A causa della costante dielettrica inferiore dell'acqua e del gas, la scarica avviene per prima sotto l'influenza del campo elettrico;

• Contatto povero di componenti strutturali metallici sospesi che formano concentrazioni di campo o causano scariche di scintilla.

4.Misure per ridurre la scarica parziale

4.1 Controllo della polvere

Tra i fattori che causano la scarica parziale, i corpi estranei e la polvere sono attivatori estremamente importanti. I risultati dei test mostrano che particelle metalliche maggiori di 1,5μm possono produrre quantità di scarica ben superiori a 500pC sotto l'influenza del campo elettrico. Sia la polvere metallica che quella non metallica creano campi elettrici concentrati, abbassando la tensione di inizio della scarica e la tensione di rottura dell'isolamento.

Pertanto, mantenere un ambiente e un corpo centrale puliti durante la fabbricazione dei trasformatori è cruciale, e deve essere implementato un controllo rigoroso della polvere. Dovrebbero essere istituiti laboratori sigillati e antipolvere in base al grado in cui i prodotti potrebbero essere influenzati dalla polvere durante la fabbricazione. Ad esempio, durante la dirittura dei fili, l'avvolgimento in carta, la fabbricazione degli avvolgimenti, l'assemblaggio degli avvolgimenti, l'impilamento del nucleo, la fabbricazione dei componenti isolanti, l'assemblaggio del nucleo e la finitura del nucleo, non devono essere permessi corpi estranei o polvere.

4.2 Processo centralizzato dei componenti isolanti

I componenti isolanti sono particolarmente vulnerabili alla contaminazione da polvere metallica, poiché una volta che la polvere metallica aderisce ai componenti isolanti, è estremamente difficile rimuoverla completamente. Pertanto, è necessario un processo centralizzato in un laboratorio isolante, con un'area dedicata di lavorazione meccanica separata dalle altre aree produttrici di polvere.

4.3 Controllo rigoroso delle scorie delle lamiere di silicio

Le lamine del nucleo del trasformatore sono formate attraverso processi di taglio longitudinale e trasversale, che inevitabilmente creano scorie di varie dimensioni. Queste scorie non solo causano cortocircuiti tra le lamine, formando correnti circolanti interne che aumentano le perdite a vuoto, ma aumentano anche effettivamente lo spessore del nucleo mentre riducono il numero effettivo di lamine. Più importante ancora, durante l'assemblaggio del nucleo o l'operazione sotto vibrazione, le scorie possono cadere sul corpo del nucleo, causando scariche. Anche le scorie che cadono sul fondo del serbatoio possono allinearsi sotto l'influenza del campo elettrico, causando scariche di potenziale terra. Pertanto, le scorie delle lamine del nucleo dovrebbero essere ridotte il più possibile. Per i prodotti a 110kV, le scorie delle lamine del nucleo non dovrebbero superare 0,03mm; per i prodotti a 220kV, non dovrebbero superare 0,02mm.

4.4 Terminali a freddo pressati per i cavi di connessione

L'uso di terminali a freddo per i cavi di raccordo è una misura efficace per ridurre la quantità di scariche parziali. La saldatura del bronzo fosforoso produce numerose particelle di spruzzo che si disperdono facilmente sul corpo del nucleo e sui componenti isolanti. Inoltre, l'area di confine della saldatura richiede un'isolazione con corda di amianto imbevuta d'acqua, introducendo umidità nell'isolamento. Se l'umidità non viene rimossa completamente dopo l'avvolgimento dell'isolamento, aumenterà la quantità di scariche parziali del trasformatore.

4.5 Arrotondamento degli spigoli dei componenti

L'arrotondamento degli spigoli dei componenti serve a due scopi: 1) migliorare la distribuzione del campo elettrico e aumentare la tensione d'inizio di scarica. Pertanto, i componenti strutturali metallici nel nucleo come morsetti, piastre di trazione, piastre di piede, supporti, piastre di pressione, bordi di uscita, pareti dei risalitori di bushing e pannelli di schermatura magnetica sulle pareti interne del serbatoio devono essere tutti arrotondati. 2) prevenire l'attrito che produce scorie di ferro. Ad esempio, le parti di contatto tra i fori di sollevamento dei morsetti e le funi o gli uncini richiedono l'arrotondamento.

4.6 Ambiente di produzione e finitura del nucleo durante l'assemblaggio finale

Dopo l'essiccazione a vuoto del nucleo, deve essere eseguita la finitura del nucleo prima dell'installazione del serbatoio. I prodotti più grandi con strutture più complesse richiedono tempi di finitura più lunghi. Poiché la pressa del nucleo e il serraggio dei fissaggi vengono eseguiti con il nucleo esposto all'aria, può verificarsi l'assorbimento di umidità e la contaminazione da polvere durante questo periodo. Pertanto, la finitura del nucleo deve essere condotta in un'area protetta dalla polvere. Se il tempo di finitura (o il tempo di esposizione all'aria) supera 8 ore, è necessario un trattamento di essiccazione.

Dopo la finitura del nucleo, viene installata la sezione superiore del serbatoio, seguita da pompaggio a vuoto e riempimento d'olio. Poiché l'isolamento del nucleo assorbe umidità durante la fase di finitura, è necessario un trattamento di deumidificazione, ottenuto tramite pompaggio a vuoto del prodotto. Questo è un'importante misura per garantire la resistenza all'isolamento dei prodotti ad alta tensione. Il livello di vuoto è determinato in base all'umidità del nucleo e agli standard di umidità ambientale, mentre la durata del vuoto è determinata in base al tempo di uscita dal forno, alla temperatura e all'umidità ambientali.

4.7 Riempimento d'olio a vuoto

Lo scopo del riempimento d'olio a vuoto è eliminare i punti morti nella struttura di isolamento del trasformatore attraverso il pompaggio a vuoto, espellere completamente l'aria e quindi riempire con olio di trasformatore in condizioni di vuoto per garantire un'impregnazione completa del nucleo. Dopo il riempimento d'olio, i trasformatori devono rimanere in posizione verticale per almeno 72 ore prima dei test, poiché il grado di impregnazione del materiale isolante dipende dalla spessore del materiale isolante, dalla temperatura dell'olio e dal tempo di immersione. Un'impregnazione migliore riduce la possibilità di scarica, rendendo essenziale un tempo sufficiente di permanenza.

4.8 Sigillatura del serbatoio e dei componenti

La qualità delle strutture di sigillatura influenza direttamente le perdite del trasformatore. Se esistono punti di perdita, l'umidità entrerà inevitabilmente nell'interno del trasformatore, causando l'assorbimento di umidità dall'olio del trasformatore e da altri componenti isolanti, che è uno dei fattori che causa scariche parziali. Pertanto, deve essere garantita una prestazione di sigillatura adeguata.