Quali sono i tipi di scariche parziali nei trasformatori? Interpretazione delle scariche interne, delle scariche lungo la superficie e delle scariche a corona

• Scarica interna: Si verificano all’interno di vuoti d’aria o impurità presenti nei materiali isolanti e rappresentano il tipo più comune di scariche parziali. Le scariche si distribuiscono sia nella semionda positiva che in quella negativa, e il diagramma PRPD presenta una distribuzione simmetrica di forma ellittica.
• scarica superficiale: Si verifica lungo l'interfaccia tra il materiale isolante e l'olio ed è più pericolosa delle scariche interne, poiché il percorso della scarica erode continuamente la superficie isolante formando tracce di carbonizzazione
• scarica a corona: scarica generata dalla concentrazione del campo elettrico in corrispondenza di punte metalliche o angoli acuti; si verifica in prossimità dei picchi di tensione a frequenza industriale e costituisce un segnale indicativo di difetti nella progettazione del campo elettrico
• Scarica in sospensione: Si verifica su componenti metallici non correttamente messi a terra; l'energia di scarica è elevata e il rischio è massimo; il profilo caratteristico è costituito da un segnale forte concentrato in un intervallo di fase specifico.

1. I quattro tipi fondamentali di scariche parziali

2. Caratteristiche dettagliate dei vari tipi di scariche

2.1 Scariche interne: la forma più comune di scariche parziali

Le scariche interne si verificano all'interno di minuscoli spazi vuoti o intorno a impurità presenti nel materiale isolante. Poiché la costante dielettrica del gas è inferiore a quella del materiale isolante circostante, il campo elettrico si concentra in corrispondenza di tali spazi vuoti e, quando l'intensità del campo supera la tensione di rottura dello spazio vuoto, si verifica una scarica. Le caratteristiche delle scariche interne sono: intensità solitamente modesta, sviluppo lento e comparsa simmetrica nei semicicli positivi e negativi. Scariche interne persistenti causano un graduale allargamento delle cavità d'aria, che alla fine possono attraversare l'intero strato isolante.

2.2 Scariche superficiali — Scariche erosive sulla superficie isolante

La scarica superficiale si sviluppa lungo la superficie del materiale isolante ed è una forma avanzata della scarica interna. Quando il canale di carbonizzazione generato dalla scarica interna si estende fino alla superficie isolante, si trasforma in una scarica superficiale. La scarica superficiale ha un potere distruttivo molto maggiore rispetto alla scarica interna: l'alta temperatura del canale di scarica lascia tracce di carbonizzazione permanenti sulla superficie isolante (tracce di scarica a forma di rami), riducendo progressivamente la resistenza di isolamento.

2.3 Scarica a corona: avvertenze relative alla progettazione del campo elettrico

La scarica a corona si verifica sulle punte o sui bordi affilati della superficie dei conduttori metallici, poiché in questi punti il campo elettrico è altamente concentrato. L'energia della scarica a corona non è elevata e, nel breve termine, non comporta un rischio diretto per l'isolamento; tuttavia, costituisce un importante segnale di difetto di progettazione, indicando la presenza di un problema di concentrazione del campo elettrico all'interno del trasformatore. A lungo termine, l'effetto corona genera inoltre ozono e ossidi di azoto, accelerando l'invecchiamento dell'olio isolante e dei materiali isolanti.

2.4 Scariche in sospensione: la forma più pericolosa di scariche parziali

Quando i componenti metallici all'interno del trasformatore (come morsetti, anelli di schermatura, bulloni ecc.) non sono correttamente messi a terra a causa di allentamenti o errori di installazione, tali componenti diventano corpi a potenziale sospeso. Sotto l'azione di un campo elettrico alternato, si verificano scariche elettriche tra i corpi sospesi e i componenti di terra adiacenti. Il livello di energia delle scariche sospese è significativamente superiore rispetto agli altri tre tipi e tende a evolvere rapidamente in scariche ad arco; si tratta quindi di una situazione di emergenza che richiede l'immediata interruzione del funzionamento per gli interventi di riparazione.

3. Come distinguere i tipi di scarica in base alle caratteristiche?

3.1 Caratteristiche della distribuzione di fase

La distribuzione di fase dei diversi tipi di scariche nel ciclo di frequenza industriale presenta notevoli differenze. Le scariche interne si distribuiscono nei primi due e nei terzi quadranti delle semionde positive e negative; le scariche a corona si concentrano in prossimità dei picchi di tensione; le scariche sospese si concentrano in un intervallo di fase specifico. La distribuzione di fase costituisce il criterio principale per determinare il tipo di scarica nell'analisi del diagramma PRPD.

3.2 Caratteristiche relative all'ampiezza e alla frequenza di ripetizione

Le scariche a corona hanno un'ampiezza ridotta ma una frequenza elevata, e si verificano in prossimità del picco di ogni ciclo di rete. Le scariche sospese hanno un'ampiezza elevata ma una frequenza potenzialmente inferiore, a seconda dei tempi di carica e scarica del corpo sospeso. L'ampiezza e la frequenza delle scariche interne si collocano a metà strada tra le due e evolvono gradualmente nel tempo.

3.3 Caratteristiche dell'evoluzione delle tendenze

Le scariche interne e le scariche superficiali si sviluppano solitamente in modo graduale, con un aumento progressivo dell'ampiezza o della frequenza delle scariche. Le scariche sospese possono manifestarsi improvvisamente (a causa di allentamenti meccanici o urti durante il trasporto) e, una volta comparse, richiedono la massima attenzione. Le scariche a corona sono particolarmente sensibili alle variazioni di tensione e possono risultare più evidenti durante i periodi di funzionamento a tensioni elevate.

4. Domande frequenti

4.1 Domanda: Come si fa a distinguere rapidamente tra scarica interna e scarica a corona?

Risposta: Osservare la distribuzione di fase nel diagramma PRPD. La scarica a corona si concentra in prossimità dei picchi della tensione di rete (intorno a 90° e 270°), con un'asimmetria tra il semiciclo positivo e quello negativo. La scarica interna presenta invece una distribuzione relativamente uniforme tra i due semicicli. Questo è il metodo di distinzione più intuitivo.

4.2 Domanda: Quanto tempo occorre in genere affinché una scarica superficiale sfoci in una rottura di isolamento?

Risposta: Non esiste un calendario prestabilito; dipende dall'intensità delle scariche, dal tipo di materiale isolante e dall'ambiente operativo. In presenza di scariche superficiali intense e prolungate, il cartone isolante può passare da una carbonizzazione localizzata a una rottura completa nel giro di pochi mesi o uno o due anni. Pertanto, una volta constatato che le scariche superficiali tendono ad aggravarsi, non si dovrebbe ritardare la manutenzione.

4.3 Domanda: È facile confondere la scarica sospesa con la scarica interna dal punto di vista del segnale?

Risposta: Non è facile confonderle. L'ampiezza delle scariche sospese è solitamente molto superiore a quella delle scariche interne e si concentra in un intervallo di fase specifico. Se sul grafico PRPD compaiono segnali con ampia ampiezza e distribuzione di fase ristretta, la prima ipotesi dovrebbe essere quella di una scarica sospesa.

4.4 Domanda: È generalmente necessario intervenire sulle scariche a corona?

Risposta: Le scariche a corona di lieve entità possono non comportare interruzioni immediate del funzionamento, ma devono essere registrate e inserite nel programma di manutenzione. Se l'intensità delle scariche a corona continua ad aumentare o se si verificano altri tipi di scariche, è necessario procedere al più presto a un'analisi approfondita. Le scariche a corona possono accelerare il deterioramento dell'olio isolante e, se non trattate nel lungo periodo, possono compromettere il livello complessivo di isolamento del trasformatore.

4.5 Domanda: Se nell'analisi cromatografica dell'olio si rilevano tracce di acetilene e il monitoraggio delle scariche parziali rileva la presenza di scariche, qual è la sequenza temporale tra i due eventi?

Risposta: Il monitoraggio delle scariche parziali rileva i segnali di scarica prima della spettroscopia dell'olio. Quando nell'olio compare l'acetilene, la scarica ha già raggiunto un certo livello di energia. Pertanto, il monitoraggio delle scariche parziali offre una finestra di allerta più precoce rispetto alla spettroscopia dell'olio per i guasti di tipoelettrico.

5. Sintesi

Comprendere i tipi e le caratteristiche delle scariche parziali è fondamentale per interpretare correttamente i dati di monitoraggio delle scariche parziali. Tipi diversi di scariche richiedono strategie di intervento diverse: le scariche a corona possono essere gestite nell'ambito di interventi di manutenzione programmata, le scariche superficiali devono essere monitorate attentamente, mentre le scariche sospese devono essere trattate immediatamente. Il sistema di monitoraggio delle scariche parziali identifica automaticamente il tipo di scarica tramite il diagramma PRPD, fornendo al personale addetto alla manutenzione una base accurata per la valutazione.

Esclusione di responsabilità: il contenuto di questo articolo è solo per scambi e riferimenti tecnici e non costituisce alcuna forma di impegno di approvvigionamento o offerta di contratto. I parametri tecnici del prodotto, la configurazione e il prezzo del contratto effettivo e dell'accordo tecnico prevalgono. I dati tecnici e i casi trattati in questo articolo provengono da informazioni pubbliche e dalla pratica ingegneristica, se aggiornati senza preavviso.

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