Quali sono le cause del guasto dei trasformatori di tensione ferromagnetici nelle centrali elettriche a energia rinnovabile
Di Felix, 15 anni nel settore elettrico
Ciao a tutti, sono Felix e lavoro nel settore elettrico da 15 anni.
Dalla mia prima esperienza nella messa in servizio e manutenzione di sottostazioni tradizionali fino alla gestione delle operazioni dei sistemi elettrici per diversi progetti di energia fotovoltaica ed eolica, uno dei dispositivi con cui mi trovo più spesso a lavorare è il Trasformatore Elettromagnetico di Tensione (PT).
L'altro giorno, un operatore di turno in una centrale di energia rinnovabile mi ha chiesto:
“Abbiamo un trasformatore elettromagnetico di tensione che si surriscalda costantemente, emette strani rumori e a volte provoca anche malfunzionamenti della protezione. Cosa può essere?”
Questo è un problema molto comune, specialmente nelle centrali di energia rinnovabile. Come componente chiave per la misurazione e la protezione, se un PT fallisce, può causare problemi che vanno dalla misurazione imprecisa all'interruzione totale o persino al danno dell'equipaggiamento.
Oggi voglio parlare di:
Quali sono i guasti comuni dei trasformatori elettromagnetici di tensione? Perché accadono? E come possiamo risolverli?
Nessun termine complesso — solo situazioni reali che ho incontrato negli anni. Vediamo cosa spesso va storto con questo "vecchio amico."
1. Cos'è un Trasformatore Elettromagnetico di Tensione?
Iniziamo con una rapida panoramica della sua funzione di base.
Un trasformatore elettromagnetico di tensione, noto anche come VT o PT, è essenzialmente un trasformatore riduttore che converte la tensione elevata in una tensione standard inferiore (solitamente 100V o 110V), utilizzata dagli strumenti di misura e dai sistemi di protezione a relé.
La sua struttura è relativamente semplice: l'avvolgimento primario ha molti giri e filo sottile, collegato al lato ad alta tensione; l'avvolgimento secondario ha meno giri e filo più spesso, collegato al circuito di controllo.
Tuttavia, a causa di questa caratteristica strutturale, è facilmente influenzato dalle condizioni di funzionamento, dai cambiamenti di carico e dai fenomeni di risonanza.
2. Guasti Comuni e Analisi delle Cause Radicate
Basandomi sulla mia esperienza di 15 anni sul campo, i tipi di guasto più comuni includono:
Guasto 1: Riscaldamento Anomalo o Addirittura Fumo/Bruciatura
Questa è una delle questioni più pericolose — può portare al degrado dell'isolamento o addirittura a un incendio.
Cause Possibili:
Cortocircuito o sovraccarico secondario (ad esempio, più dispositivi di protezione collegati in parallelo senza verificare la capacità);
Saturazione del nucleo (soprattutto durante la ferroresonanza);
Invecchiamento dell'isolamento o ingresso di umidità;
Terminali allentati che causano alta resistenza di contatto e riscaldamento localizzato.
Caso Reale:
Una volta, ho trovato un PT che si surriscaldava gravemente in una stazione di potenziamento fotovoltaico — la termografia infrarossa mostrava temperature superiori a 120°C. Dopo lo smontaggio, abbiamo scoperto che l'isolamento dell'avvolgimento secondario era bruciato. La causa era una condizione di circuito aperto causata da un interruttore secondario disconnesso mentre era ancora collegato a un misuratore ad alta impedenza.
Consigli:
Non permettere mai che il secondario del PT funzioni in circuito aperto — sebbene non sia così pericoloso come nei CT, può comunque causare distorsioni di tensione ed errori di misura;
Utilizzare regolarmente la termografia infrarossa per controllare le temperature dei terminali e del contenitore;
Se viene rilevato un riscaldamento anomalo, spegnere immediatamente per ispezione.
Guasto 2: Ferroresonanza Causante Fluttuazioni di Tensione
Questo è uno dei problemi più trascurati ma pericolosi nelle centrali di energia rinnovabile.
Sintomi:
Tensione trifase non bilanciata;
Fluttuazioni di tensione su e giù con rumore di ronzio;
Malfunzionamenti o false attivazioni della protezione;
A volte appaiono anche falsi segnali di terra.
Causa Radicale:
Nei sistemi non terra o terra con bobina di soppressione, quando la capacità linea-terra si combina con l'induttanza di eccitazione del PT in determinate condizioni, può verificarsi la ferroresonanza;
Spesso viene innescata durante la commutazione degli interruttori, la perdita improvvisa di tensione o il terzo singolo di terra.
Caso Reale:
In un parco eolico, ogni volta che il trasformatore principale veniva alimentato, il PT emetteva un ronzio e la tensione della barra fluttuava selvaggiamente, attivando persino erroneamente l'autoswitch di riserva. Dopo un'indagine, risultò essere causato dalla ferroresonanza. L'installazione di un resistore di smorzamento nel delta aperto risolse il problema.
Suggerimenti di Prevenzione:
Installare dispositivi antirisonanza (come resistenze a delta aperto o soppressori a microprocessore);
Utilizzare PT di tipo antirisonante (come la serie JDZXW);
Ottimizzare la modalità di funzionamento per evitare l'operazione a lungo termine in fase non completa;
Durante la manutenzione di interruzione, eseguire test della curva di magnetizzazione per valutare la tendenza alla saturazione del nucleo.
Guasto 3: Tensione Secondaria Bassa o Assente
Questi problemi spesso influiscono sulla logica di misurazione e protezione e a volte vengono scambiati per guasti di altri dispositivi.
Cause Possibili:
Fusibile primario fuso (spesso dopo colpi di fulmine o eventi di sovratensione);
Fusibile secondario fuso o interruttore automatico saltato;
Impostazione errata della polarità o del rapporto;
Cortocircuiti tra giri interni;
Connessioni terminali ossidate o allentate.
Caso Reale:
In una stazione fotovoltaica, il SCADA mostrava una tensione di barra anormalmente bassa. L'ispezione sul posto ha rivelato che il fusibile primario del PT era fuso. Sostituendolo, l'operatività è tornata normale. Un'analisi ulteriore ha rivelato che era stato causato da un'onda di tensione dovuta a un fulmine nelle vicinanze.
Passaggi di Diagnosi:
Controllare prima i fusibili e gli interruttori;
Misurare la tensione primaria e secondaria per la coerenza;
Verificare il cablaggio e la polarità;
Eseguire, se necessario, il test del rapporto e il test di resistenza di isolamento.
Guasto 4: Scarico Interno o Rottura dell'Isolamento
Questo solitamente si verifica in ambienti umidi o fortemente inquinati, specialmente in aree costiere o ad alta quota.
Sintomi:
Odore di bruciato o segni visibili di scarico sul contenitore;
Rumori crepitanti durante il funzionamento;
Resistenza di isolamento ridotta;
In casi gravi, esplosione o interruzione.
Cause Possibili:
Ingresso di umidità che causa il deterioramento dell'isolamento;
Accumulo di sporco o polvere sulla superficie che riduce la distanza di rampante;
Sovraccarico a lungo termine o effetti armonici;
Difetti di fabbricazione o danni durante il trasporto.
Caso Reale:
Un PT installato vicino alla costa ha ripetutamente interrotto durante la stagione piovosa. L'ispezione ha rivelato chiari segni di scarico interno — la causa radicale era un cattivo sigillaggio che permetteva l'ingresso di umidità.
Contromisure:
Aumentare la protezione (IP54 o superiore);
Installare deumidificatori o riscaldatori;
Pulizia e asciugatura regolare;
Condurre test di isolamento e scarico parziale prima della messa in servizio.
Guasto 5: Errori Umani o Errori di Cablaggio
Gli errori umani rimangono una causa principale di molti incidenti.
Errori Comuni Includono:
Commutazione di interruttori sotto carico secondario;
Polarità invertita che causa misurazioni errate o malfunzionamenti della protezione;
Rimozione accidentale dei cavi di terra che porta a potenziali galleggianti;
Esecuzione di lavori in corrente senza adeguate misure di sicurezza.
Caso Reale:
Un nuovo tecnico ha sostituito un fusibile secondario del PT senza disconnettere l'alimentazione, causando un cortocircuito — il supporto del fusibile si è bruciato e ha quasi causato un infortunio.
Punti Chiave:
Rafforzare la formazione e standardizzare le procedure;
Etichettare chiaramente i cavi per prevenire errori;
Applicare rigorosamente le procedure di blocco e etichettatura per eliminare i lavori in corrente;
Assicurare un'unica terra per tutti i circuiti secondari del PT.
3. I Miei Suggerimenti e la Sintesi delle Esperienze sul Campo
Come veterano di 15 anni nel settore elettrico, dico sempre:
“Anche se piccolo, il trasformatore elettromagnetico di tensione svolge un ruolo critico nella misurazione, nella taratura e nella protezione.”
Potrebbe non essere così visibile come un interruttore o così grande come un trasformatore, ma una volta che fallisce, può scatenare una reazione a catena.
Ecco i miei consigli:
Per l'Operatività e la Manutenzione Giornaliera:
Ispettioni regolari — ascoltare eventuali rumori insoliti, annusare odori di bruciato e misurare la temperatura;
Controllare i fusibili, gli interruttori e l'integrità del terra;
Registrare i dati operativi e confrontarli con le tendenze storiche;
Aumentare la frequenza delle ispezioni prima e dopo la stagione dei temporali.
Per la Diagnosi dei Guasti:
Prioritizzare i controlli sui circuiti secondari e sui fusibili;
Utilizzare multimetri per verificare i livelli di tensione;
Eseguire, se necessario, test di resistenza di isolamento, rapporto e caratteristiche di magnetizzazione;
Agire immediatamente per sopprimere la risonanza se sospettata.
Per la Selezione dell'Equipaggiamento:
Considerare i fattori ambientali (umidità, altitudine, nebbia salina);
Preferire PT antirisonanti;
Scegliere una capacità nominale adeguata per evitare sovraccarichi a lungo termine;
Lasciare spazio per la ridondanza per supportare espansioni future.
4. Considerazioni Finali
Anche se strutturalmente semplice, il trasformatore elettromagnetico di tensione svolge un ruolo vitale nelle centrali di energia rinnovabile.
Agisce come gli "occhi" del sistema di potenza, dicendoci esattamente quanto è "alta" la tensione.
Dopo 15 anni sul campo, credo fermamente:
“I dettagli determinano il successo o il fallimento. La sicurezza viene prima di tutto.”
Se stai affrontando problemi complicati con i PT sul campo, non esitare a contattarmi — sarò felice di condividere ulteriori esperienze pratiche e metodi di risoluzione dei guasti.
Che ogni PT operi in modo stabile, mantenendo la nostra rete sicura e intelligente!
— Felix
