Prove su trasformatori
Indice
- Tipi di prova
- Misura della resistenza degli avvolgimenti
- Metodo di Kelvin (4 fili)
- Misura della corrente di prova
- La misura sul lato BT può richiedere molto tempo
- Corrente di prova
- Guida IEEE per le prove diagnostiche in campo su trasformatori di potenza, regolatori e reattori in fluido, IEEE std C57.152™
- Smagnetizzazione del trasformatore
- Apparecchiature per prove in corrente alternata
- Misura del rapporto spire
- Misura della corrente di eccitazione
- Rilevamento del gruppo vettoriale
- Misura dell'angolo di fase
- Misura SFRA
Strumenti per le prove sui trasformatori
Tipi di prova
Prove in corrente continua
- Misura della resistenza degli avvolgimenti
- Analisi dei commutatori sotto carico (OLTC)
- Prova di vibrazione dell'OLTC
- Prova di riscaldamento
- Processo di smagnetizzazione
Prove in corrente alternata
- Misura del rapporto di trasformazione dei trasformatori di potenza
- Verifica del rapporto di trasformazione dei trasformatori di misura
- Misura della corrente di eccitazione
- Misura dell'angolo di fase
- Rilevamento automatico del gruppo vettoriale
- Prova di equilibrio magnetico
- Analisi della risposta in frequenza (sweep frequency response analysis)
Misura della resistenza degli avvolgimenti
Perché è importante?
- Danni ad avvolgimenti e connessioni
- Malfunzionamento del contatto dell'OLTC
- Prescritta da norme e linee guida
Come si esegue
- Iniettare corrente continua, misurare la caduta di tensione, calcolare la resistenza R = U / I
- Va eseguita su tutte le fasi e per ogni posizione di presa
- Confrontare con la misura di riferimento, su tutte le fasi
Metodo di Kelvin (4 fili)
Come si esegue?
- Iniezione di corrente continua, misura della caduta di tensione R = U / I
- Tempo necessario per caricare gli avvolgimenti e stabilizzare la corrente
- Un trasformatore più grande richiede correnti più elevate e più tempo per saturare
Processo di carica
- La corrente che attraversa le bobine genera un campo magnetico che produce una forza contro-elettromotrice (f.c.e.m.) che rallenta il processo di carica
- All'inizio la f.c.e.m. è pari alla tensione applicata e diminuisce al crescere della corrente (Vs/R)
Carica
Tempo di carica
- Volt-secondi necessari
- Un avvolgimento da 100 kV a 50 Hz richiede 450 Vs
- Un avvolgimento da 100 kV a 60 Hz richiede 375 Vs
- Pertanto l'avvolgimento a 50 Hz richiede 75 s a 6 V
- Oppure ≈8 s a 60 V
- Fino a un minuto per i trasformatori di grande taglia
Processo di stabilizzazione
- Saturazione del nucleo
- Dipende dalla costante di tempo L/R
- Elimina l'influenza dell'induttanza
Come saturare il nucleo
- Una corrente bassa può non saturare il nucleo in un tempo ragionevole
- Il tempo di stabilizzazione dipende dalla costante di tempo L / R
- Una corrente elevata garantisce una saturazione migliore, riduce l'influenza di L e in definitiva abbrevia la durata della prova
- Maggiore forza magnetomotrice (f.m.m.) = N x I: stabilizzazione più rapida
- Una corrente troppo elevata può riscaldare l'avvolgimento (IEC Iprova < 10% In, IEEE Iprova < 15% In)
- Corrente più elevata => saturazione migliore => minore influenza di L => tempo più breve
Correnti troppo elevate riscaldano l'avvolgimento (< 10% di In)
50 A - Riscaldamento del rame con la corrente di prova
Misura della corrente di prova
Corrente di prova
La misura sul lato BT può richiedere molto tempo
- Il lato BT può presentare una resistenza molto bassa
- Ne consegue una costante di tempo L / R elevata
- In particolare se gli avvolgimenti BT sono collegati a triangolo, la corrente circola attraverso tutte e tre le fasi
- Nelle unità di grande taglia la stabilizzazione può richiedere da 15 a 60 minuti per fase
- A volte nemmeno 100 A sono sufficienti ad abbreviare sensibilmente il tempo
Utilizzare l'avvolgimento di alta tensione come supporto aggiuntivo per una saturazione più rapida
Misura dell'avvolgimento BT con il supporto dell'avvolgimento AT
- Il lato di alta tensione ha un numero di spire molto maggiore
- Più amperspire con meno corrente
- Incremento della f.m.m. = (N1 + N2) ∙ I
- Saturazione più rapida
Corrente di prova
Come si determina la corrente di prova?
- Almeno 12 x Iex per saturare il nucleo in un tempo ragionevole
- Iex è di norma il 2-5% di In (corrente nominale)
- Iprova = 3% - 6% di In per la maggior parte dei trasformatori di potenza
- Offerta di mercato da 1 A a 100 A
Scarica
Sicurezza
- Energia induttiva accumulata negli avvolgimenti
- Apertura accidentale del circuito
Guida IEEE per le prove diagnostiche in campo su trasformatori di potenza, regolatori e reattori in fluido, IEEE std C57.152™
- Nel confronto tra fasi, lo scostamento del valore di resistenza dovrebbe essere inferiore al 2%
- CIGRE Working Group A2.34 - Guida alla manutenzione dei trasformatori
- Nel confronto tra fasi, lo scostamento del valore di resistenza dovrebbe essere inferiore al 2-3%
- Nel confronto con i risultati delle prove di accettazione in fabbrica, lo scostamento del valore di resistenza dovrebbe essere inferiore al 2-3%
Che cos'è un risultato «buono»?
Indicazioni dei costruttori di trasformatori
Scostamento tra fasi in AT: inferiore allo 0,3 - 0,5%
Scostamento tra fasi in BT: inferiore al 3-5%, con maggiore tolleranza all'errore dovuta agli altri elementi del circuito e ai valori di resistenza più piccoli
La decisione finale spetta alla competenza tecnica dei responsabili della prova e alla loro valutazione delle condizioni
Smagnetizzazione del trasformatore
Perché è importante?
Il magnetismo residuo può causare diversi problemi:
- Corrente di inserzione di ampiezza elevata all'avviamento del trasformatore di potenza
- Malfunzionamento dei relè di protezione
- Risultati errati nelle misure elettriche sul trasformatore (prova FRA, misura della corrente di eccitazione, prova di equilibrio magnetico, rilevamento errato del gruppo vettoriale)
Cause della magnetizzazione del trasformatore:
- Messa fuori servizio del trasformatore
- Conseguenza di correnti di guasto elevate
- Prove in corrente continua
- Dopo un periodo fuori servizio
Confronto della corrente di inserzione massima con e senza flusso residuo
- L'utente seleziona la corrente iniziale
- A ogni passo successivo la corrente diminuisce del 40% del valore precedente
- La smagnetizzazione termina al raggiungimento di una corrente di 5 mA
Come?
- La smagnetizzazione va eseguita prima delle prove in corrente alternata, in particolare prima della FRA e della misura della corrente di eccitazione, prima dell'AVGD e simili
- Se l'oggetto in prova è un (auto)trasformatore trifase, la smagnetizzazione va eseguita su tutte e 3 le fasi
- La corrente iniziale di smagnetizzazione deve essere la più elevata possibile. Se la smagnetizzazione segue una prova in corrente continua sul trasformatore, come la resistenza degli avvolgimenti, la corrente iniziale di smagnetizzazione deve avere lo stesso valore della corrente impiegata per la prova in c.c.
- La smagnetizzazione va eseguita dal lato del trasformatore con il neutro accessibile. Se entrambi i lati, alta tensione (AT) e bassa tensione (BT), hanno o non hanno il neutro accessibile, la smagnetizzazione va eseguita dal lato AT
Quando smagnetizzare?
- Prima delle prove in corrente alternata, per evitare risultati errati dovuti al magnetismo residuo
- Prima di rimettere in servizio un trasformatore, per evitare correnti di inserzione elevate e interventi impropri dei relè di protezione
Apparecchiature per prove in corrente alternata
- Misura del rapporto spire
- Misura della corrente di eccitazione
- Misura dell'angolo di fase
- Rilevamento del gruppo vettoriale
- Prova di equilibrio magnetico
- SFRA
Misura del rapporto spire
- La prova più importante
- Rilevamento di difetti negli avvolgimenti e nel nucleo
- Possibili errori di collegamento
- Cortocircuiti
- Misura normalizzata
- Il criterio di accettazione per lo scostamento del rapporto spire è ±0,5%
- Importante nelle prove di accettazione in fabbrica per verificare i dati di targa
- Il rapporto si misura applicando una tensione sul lato di alta tensione e misurando sul lato di bassa tensione
- Fase-fase con tensione monofase
- Tutte le fasi contemporaneamente con tensione trifase reale
- È possibile provare qualsiasi tipo di trasformatore, compresi quelli speciali come i trasformatori sfasatori e quelli con gruppo vettoriale non normalizzato
- Tensione più elevata: accuratezza maggiore
Misura della corrente di eccitazione
Perché è importante?
- Rilevamento di cortocircuiti
- Cortocircuiti tra i lamierini del nucleo
- Delaminazioni del nucleo
- Verifica del processo di smagnetizzazione
Come si esegue?
- La corrente di eccitazione è la corrente a vuoto del primario del trasformatore, ossia la corrente magnetizzante (con secondario aperto), misurata a tensione ridotta
- I risultati si confrontano con i valori ottenuti agli stessi valori di tensione di prova
- I risultati devono seguire un andamento specifico in funzione del tipo di costruzione del trasformatore
Rilevamento del gruppo vettoriale
Perché è importante
- Verifica del gruppo vettoriale del trasformatore
- Durante e dopo la fabbricazione
- Durante e dopo la riparazione
- Ricerca di collegamenti errati
Come si esegue?
- Impiego di un algoritmo proprietario e di una soluzione software caricata nel TRT
- Completamente automatico
Misura dell'angolo di fase
Perché è importante?
- Può segnalare problemi negli avvolgimenti e/o nel nucleo magnetico
- Misura dello sfasamento dei trasformatori con gruppi vettoriali particolari (sfasatori, per raddrizzatori, per forni ad arco e per trazione)
- Verifica della polarità dei trasformatori di misura
Come si esegue
- Confronto tra la tensione (o le tensioni) alternate applicate sul lato AT e quelle indotte sul lato BT
Misura SFRA
- Misura SFRA
- Analizzatore della risposta in frequenza
- Metodo dell'«impronta» (fingerprint)
- Impiegato per valutare l'integrità meccanica di un trasformatore
- Individua:
- Deformazione o spostamento del nucleo
- Messa a terra difettosa
- Lamierini in cortocircuito
- Deformazione dell'avvolgimento (assiale e radiale)
- Bobine in cortocircuito o avvolgimenti aperti
- Spostamento o deformazione dell'avvolgimento