Quae sunt causae deficiendi transformatorum ferromagneticorum in stationibus electricitatis ex novis formis energiae
A Felice, 15 anni nell'industria elettrica
Ciao a tutti, sono Felix e lavoro nell'industria elettrica da 15 anni.
Dalla partecipazione iniziale alla messa in servizio e manutenzione di tradizionali sottostazioni fino alla gestione attuale delle operazioni di sistemi elettrici per diversi progetti di energia fotovoltaica ed eolica, uno dei dispositivi che incontro più frequentemente 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 continua a surriscaldarsi, emette strani rumori e a volte causa anche malfunzionamenti di protezione. Cosa sta succedendo?”
Questo è un problema molto comune, specialmente nelle centrali di energia rinnovabile. Come componente chiave di misurazione e protezione, una volta che un PT fallisce, può causare qualsiasi cosa, dall'errata misurazione al trip completo o persino danni agli apparecchiature.
Oggi voglio parlare di:
Quali sono i guasti comuni dei trasformatori elettromagnetici di tensione? Perché si verificano? E come li risolviamo?
Nessun termine complesso — solo situazioni reali che ho incontrato nel corso degli anni. Vediamo quali sono i problemi più frequenti 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 bassa (solitamente 100V o 110V), utilizzata dagli strumenti di misura e dai sistemi di protezione a relè.
La sua struttura è relativamente semplice: l'avvolgimento primario ha molti giri di filo sottile, collegato al lato ad alta tensione; l'avvolgimento secondario ha meno giri di 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 Radicale
Basandomi sulla mia esperienza di 15 anni sul campo, i tipi di guasti più comuni includono:
Guasto 1: Riscaldamento Anormale o Persino Fumo/Bruciacchiatura
Questa è una delle questioni più pericolose — può portare alla degradazione dell'isolamento o addirittura all'incendio.
Cause Possibili:
Cortocircuito o sovraccarico secondario (ad esempio, più dispositivi di protezione collegati in parallelo senza controllare 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 surriscaldava gravemente in una stazione di elevazione PV — la termografia infrarossa mostrava temperature superiori a 120°C. Durante 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 misurazione;
Usa regolarmente la termografia infrarossa per controllare le temperature dei terminali e della carcassa;
Se viene rilevato un riscaldamento anomalo, spegni immediatamente per l'ispezione.
Guasto 2: Ferroresonanza Causando Fluttuazioni di Tensione
Questo è uno dei problemi più trascurati ma pericolosi nelle centrali di energia rinnovabile.
Sintomi:
Tensione trifase squilibrata;
Tensione che fluttua su e giù con rumore di ronzio;
Malfunzionamenti di protezione o falsi trip;
A volte appaiono anche falsi segnali di terra.
Causa Radicale:
Nei sistemi non terra o terra con bobina di soppressione, quando la capacitance tra linea e terra si combina con l'induttanza di eccitazione del PT in determinate condizioni, può verificarsi la ferroresonanza;
Spesso viene innescata durante lo switching degli interruttori, la perdita improvvisa di tensione o il terzo di terra singolo.
Caso Reale:
In un parco eolico, ogni volta che il trasformatore principale veniva alimentato, il PT emetteva un rumore di ronzio e la tensione della barra fluttuava selvaggiamente, scatenando persino l'auto-switch di riserva in modo errato. Dopo l'indagine, si è scoperto che era causato dalla ferroresonanza. L'installazione di un resistore di smorzamento nel delta aperto ha risolto il problema.
Suggerimenti di Prevenzione:
Installa dispositivi antirisonanza (come resistenze in delta aperto o soppressori a microprocessore);
Usa PT antirisonanti (come la serie JDZXW);
Ottimizza la modalità di operazione per evitare l'operazione a lungo termine non a tre fasi complete;
Durante la manutenzione di blackout, esegui test di curva di magnetizzazione per valutare la tendenza alla saturazione del nucleo.
Guasto 3: Tensione Secondaria Bassa o Assente
Questi problemi spesso colpiscono la misurazione e la logica di protezione, e a volte vengono confusi con guasti di altri dispositivi.
Cause Possibili:
Fusibile primario saltato (spesso dopo fulmini o eventi di sovratensione);
Fusibile secondario saltato o interruttore aereotermico tripato;
Impostazione di polarità o rapporto errata;
Cortocircuiti tra giri interni dell'avvolgimento;
Connessioni terminali ossidate o allentate.
Caso Reale:
In una stazione PV, lo SCADA mostrava una tensione di barra anormalmente bassa. L'ispezione sul posto ha rivelato che il fusibile primario del PT era saltato. Sostituendolo, l'operazione è tornata normale. Un'analisi ulteriore ha mostrato che era stato causato da un'onda di tensione vicina a un fulmine.
Passaggi di Diagnosi:
Controlla prima i fusibili e gli interruttori;
Misura le tensioni primarie e secondarie per la coerenza;
Verifica la cavi e la polarità;
Esegui un test di rapporto e di resistenza d'isolamento se necessario.
Guasto 4: Scariche Interne 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 scarica sulla carcassa;
Rumori crepitanti durante l'operazione;
Resistenza d'isolamento ridotta;
In casi gravi, esplosione o trip.
Cause Possibili:
Ingresso di umidità che causa la degradazione dell'isolamento;
Accumulo di sporco o polvere sulla superficie che riduce la distanza di strisciamento;
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 tripato durante la stagione delle piogge. L'ispezione ha rivelato chiari segni di scarica interna — la causa radicale era un sigillaggio povero che consentiva l'ingresso di umidità.
Contromisure:
Aumenta il grado di protezione (IP54 o superiore);
Installa deumidificatori o riscaldatori;
Pulizia e asciugatura regolare;
Esegui test di isolamento e scarica parziale prima della messa in servizio.
Guasto 5: Errori Umani o Errori di Collegamento
Gli errori umani rimangono una delle cause principali di molti incidenti.
Errori Comuni Includono:
Commutazione di isolatori sotto carico secondario;
Polarità invertita che causa misurazioni errate o malfunzionamenti di protezione;
Rimozione accidentale di fili di terra che porta a potenziali galleggianti;
Esecuzione di lavori in presenza di tensione senza adeguati provvedimenti di sicurezza.
Caso Reale:
Un nuovo tecnico ha sostituito un fusibile secondario di un PT senza disconnettere la corrente, causando un cortocircuito — il supporto del fusibile si è bruciato e quasi ha causato un infortunio.
Punti Chiave:
Rafforza la formazione e standardizza le procedure;
Etichetta chiaramente i cavi per prevenire errori;
Applica rigorosamente le procedure di blocco e etichettatura per eliminare i lavori in presenza di tensione;
Assicura un punto di terra unico per tutti i circuiti secondari del PT.
3. I Miei Consigli e Riassunto dell'Esperienza sul Campo
Come veterano di 15 anni nel campo elettrico, dico sempre:
“Anche se piccolo, il trasformatore elettromagnetico di tensione svolge un ruolo critico nella misurazione, nella misurazione e nella protezione.”
Potrebbe non essere altrettanto notevole quanto un interruttore automatico o grande quanto un trasformatore, ma una volta che fallisce, può scatenare una reazione a catena.
Quindi ecco le mie raccomandazioni:
Per l'Operazione e Manutenzione Giornaliera:
Ispettioni regolari — ascolta suoni insoliti, annusa odori di bruciato e misura la temperatura;
Controlla i fusibili, gli interruttori e l'integrità del terra;
Registra i dati operativi e confrontali con le tendenze storiche;
Aumenta la frequenza delle ispezioni prima e dopo la stagione dei temporali.
Per la Diagnosi dei Guasti:
Priorità ai controlli sui circuiti secondari e sui fusibili;
Usa multimetri per verificare i livelli di tensione;
Esegui test di resistenza d'isolamento, rapporto e caratteristiche di magnetizzazione quando necessario;
Intervieni immediatamente per sopprimere la risonanza se sospettata.
Per la Selezione dell'Equipaggiamento:
Considera i fattori ambientali (umidità, altitudine, nebbia salina);
Preferisci PT antirisonanti;
Scegli una capacità nominale appropriata per evitare il sovraccarico a lungo termine;
Lascia spazio per la ridondanza per supportare future espansioni.
4. Pensieri Finali
Anche se strutturalmente semplice, i trasformatori elettromagnetici di tensione svolgono un ruolo vitale nelle centrali di energia rinnovabile.
Agiscono come gli "occhi" del sistema elettrico, dicendoci esattamente quanto "alta" è 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 — sono felice di condividere altre esperienze pratiche e metodi di risoluzione dei problemi.
Che ogni PT operi in modo stabile, mantenendo la nostra rete sicura e intelligente!
— Felix
