In questo articolo si descrivono le prove che vengono eseguite sui trasformatori di potenza. Si parte da due indici che costituiscono i parametri di base per valutare le condizioni dell'isolamento del trasformatore: l'indice di assorbimento e l'indice di polarizzazione (quanto più elevati sono questi indici, tanto migliori risultano le condizioni dell'isolamento). Di seguito sono analizzate le prove seguenti:
a) Prova del fattore di potenza: questo fattore è raccomandato per il rilevamento dell'umidità ed è il criterio principale per valutare l'isolamento degli avvolgimenti di un trasformatore. Amperis offre un'ampia gamma di apparecchiature per la manutenzione dei trasformatori.
Il fattore di potenza è sempre il rapporto fra le perdite (milliwatt) e il carico (millivoltampere); il valore ottenuto dipende esclusivamente dall'umidità e dalla temperatura dell'apparecchiatura nelle condizioni in cui essa opera, indipendentemente dallo spessore o dalla superficie dell'isolamento. Poiché i risultati variano con la temperatura dell'oggetto in prova, le letture devono essere riportate a una temperatura di riferimento di 20 °C; si tratta di una prova in corrente alternata. I criteri da seguire per considerare accettabile un valore di fattore di potenza sono i seguenti: 0,5 % per un trasformatore nuovo, fino al 2,0 % per un trasformatore con isolamento contaminato o degradato, sempre riferito a 20 °C. Se il valore supera il 2 %, è necessario indagare la causa dell'isolamento scadente (per esempio la penetrazione di acqua nell'olio isolante).
b) Prova di resistenza di isolamento: è la resistenza (in megaohm) offerta dall'isolamento applicando una tensione in corrente continua per un tempo definito. La misura si esegue applicando una tensione costante per tutta la durata della prova. Da questa prova risulta una piccola corrente di dispersione che attraversa l'isolamento dell'apparecchiatura in prova e che si riduce fino a un valore minimo costante.
I valori minimi di resistenza di isolamento (a 20 °C) sono: per 15,0 kV: 410 MΩ; per 34,5 kV: 930 MΩ; per 230/115 kV: 3100 MΩ.
c)Prova del rapporto di trasformazione. Il rapporto di trasformazione è definito come il rapporto fra le spire o fra le tensioni degli avvolgimenti del trasformatore (primario e secondario). Il TTR è il metodo più utilizzato per eseguire la prova del rapporto di trasformazione. L'apparecchiatura TTR è composta essenzialmente da:
- Un trasformatore di riferimento con rapporto regolabile da 0 a 130
- Una sorgente di eccitazione in corrente alternata
- Un voltmetro
- Un amperometro
- Un rilevatore di corrente nulla a galvanometro
- Nonché una serie di morsetti per il collegamento.
Grazie a questa prova si individuano cortocircuiti fra le spire, la polarità, la sequenza delle fasi, i circuiti aperti e altro. Amperis dispone di apparecchiature di riferimento sul mercato per la misura del rapporto di trasformazione, quali:
Misuratore di rapporto di trasformazione TTRF-250
Misuratore di rapporto di trasformazione TTRF-250
Misuratore di rapporto di trasformazione TTR-3D
Misuratore di rapporto di trasformazione TRT03-AS2
Misuratore di rapporto di trasformazione ATRT-03
Misuratore di rapporto di trasformazione TRT01-BS3
Qui è possibile analizzare un confronto fra i misuratori di rapporto di trasformazione.
d) Prova di resistenza ohmica degli avvolgimenti. Questa prova viene eseguita per calcolare le perdite totali di un trasformatore, individuando falsi contatti o punti di resistenza elevata negli avvolgimenti. La prova è applicabile a trasformatori di potenza, trasformatori di distribuzione, trasformatori di misura, autotrasformatori, regolatori di tensione e simili. Lo strumento utilizzato per questa misura è un ohmmetro con portate da 10 µΩ fino a 1999 Ω.
I risultati delle misure devono essere simili fra le 3 fasi degli avvolgimenti. Eventuali scostamenti indicano un falso contatto interno sulla fase che presenta il valore più elevato: tale contatto surriscalda l'apparecchiatura e finisce per provocare danni che ne impongono la messa fuori servizio per la riparazione.
e) Prova di alta tensione applicata o di rigidità dielettrica. Questa prova consente di conoscere le condizioni di servizio dell'olio isolante. La rigidità dielettrica dell'olio è definita come la tensione minima alla quale si innesca un arco fra due elettrodi metallici e fornisce indicazioni sulla capacità dell'olio di sopportare le sollecitazioni elettriche senza cedimenti. Una rigidità dielettrica bassa indica la presenza di acqua o di altri contaminanti. L'apparecchiatura utilizzata per la prova di rigidità dielettrica è composta da:
- Un trasformatore
- Un regolatore di tensione (0–60 kV)
- Un interruttore,
- Un voltmetro
- Una cella di prova con due elettrodi piani
Come dato significativo, il valore minimo ammesso di rigidità dielettrica per un olio in servizio è 25 kV. La prova di resistività è fondamentale quando si indaga su un trasformatore con resistenza di isolamento anomalamente bassa e stabile, che può essere causata da una bassa resistività dell'olio.
Norme di riferimento
Di seguito sono elencate le norme per l'esecuzione delle prove di manutenzione sulle apparecchiature di sottostazione:
- ASTM D3487-88, Specifica per l'olio minerale isolante impiegato nelle apparecchiature elettriche.
- ASTM D 923-91, Metodo di prova per il campionamento dei liquidi isolanti elettrici.
- ASTM D3612-93, Metodo di prova per l'analisi dei gas disciolti nell'olio isolante elettrico mediante gascromatografia.
- ASTM D1816-97, Metodo di prova normalizzato per la tensione di scarica dielettrica degli oli isolanti di origine petrolifera con elettrodi VDE.
- ASTM D924-92 (b), Metodo di prova per il fattore di dissipazione (o fattore di potenza) e la permeabilità relativa (costante dielettrica) dei liquidi isolanti elettrici.
- ASTM D971-91, Metodo di prova per la tensione interfacciale fra olio e acqua con il metodo dell'anello.
- ASTM D974-92, Metodo di prova per il numero di neutralizzazione mediante titolazione con indicatore colorimetrico.
- ASTM D1500-91, Metodo di prova per il colore ASTM dei prodotti petroliferi (scala colorimetrica ASTM).
- ASTM D 1298-85, Pratica per la densità, la densità relativa (peso specifico) o la densità API del petrolio greggio e dei prodotti petroliferi liquidi con il metodo dell'idrometro.
- ASTM D1524-84, Metodo per l'esame visivo in campo degli oli isolanti elettrici usati di origine petrolifera.
- ASTM D 2285-85, Metodo di prova per la tensione interfacciale degli oli isolanti elettrici di origine petrolifera rispetto all'acqua con il metodo della perdita di peso.
- ASTM D1533-88, Metodo di prova per il contenuto di acqua nei liquidi isolanti (metodo Karl Fischer).
- ASTM D 3612-93, Metodo di prova per l'analisi dei gas disciolti nell'olio isolante elettrico mediante gascromatografia.
- ASTM D 3613-92, Metodi di prova per il campionamento degli oli isolanti elettrici per l'analisi dei gas e la determinazione del contenuto di acqua.
- ASTM D 5837-99 (2005), Metodi di prova normalizzati per i composti furanici nei liquidi isolanti elettrici mediante cromatografia liquida ad alte prestazioni (HPLC).
- Misura del rapporto di trasformazione, verifica della polarità e del rapporto di fase secondo la norma ICONTEC n. 471.
- Misura della resistenza ohmica degli avvolgimenti secondo la norma ICONTEC n. 375.
- Misura della resistenza di terra di ciascun trasformatore (RETIE, capitolo 15).
- Verifica e misura della messa a terra dei parafulmini – RETIE, capitolo 15.
- IEEE-400.1- 2001 Prove in campo per la misura dell'isolamento dei cavi isolati.
- IEC – International Electrotechnical Commission.
Le norme per le prove sui trasformatori di potenza sono le seguenti:
- Esame visivo secondo la norma ASTM D-1524.
- Rigidità dielettrica secondo la norma ASTM D-877.
- Indice colorimetrico secondo la norma ASTM D-1500.
- Numero di neutralizzazione ASTM D-974.
- Tensione interfacciale secondo la norma ASTM D-971.
- Contenuto di acqua secondo la norma ASTM D-1533.
- Peso specifico secondo la norma ASTM D-1298.
- Analisi cromatografica dell'olio secondo la ASTM D-3612-93.
- Rapporto di trasformazione e polarità; ANSI / IEEE C57.12.91.
- Resistenza degli avvolgimenti; ANSI / IEEE Std. 62-1995.
- Corrente di eccitazione; ANSI / IEEE Std. 62-1995.
- Impedenza; ANSI / IEEE Std. 62-1995.
- Fattore di potenza e capacità degli avvolgimenti; ANSI / IEEE Std. 62-1995.
- Resistenza di isolamento; ANSI / IEEE C57.12.91.
- Risposta in frequenza con scansione (FRA); IEEE C57-159 / D5.
- Prove fisico-chimiche (secondo IEEE C57.106-2006).
- Composti furanici (secondo la norma ASTM D5837, IEC 61198).
- Gas disciolti mediante cromatografia (secondo IEC 60599).
- Analisi dei PCB (secondo la norma ASTM-D4059) e contenuto di inibitore (secondo la norma ASTM-D2668).
- Prove dielettriche (IEC-60076-3).
- Misura del livello di rumore (IEC-60076-10).
Le norme per le prove sugli interruttori di potenza sono:
- Interruttori di alta tensione – Parte 1; interruttori per tensioni nominali superiori a 1 kV e inferiori a 52 kV" – IEC 62271-103 ed1.0 (2011-06).
- Interruttori di alta tensione – Parte 2; interruttori di alta tensione per tensioni nominali di 52 kV e superiori." – IEC – 62271-104 ed1.0 (2009-04)
- Specifica per l'esafluoruro di zolfo di grado tecnico (nf6) per l'impiego nelle apparecchiature elettriche. – IEC – IEC – 60376 – 2006
- Apparecchiature di manovra e di comando di alta tensione – Parte 101: prove sintetiche. – IEC 62271 – 101 – 2006 15.3
Le norme per le prove sui sezionatori di potenza sono:
- Sezionatori in corrente alternata e sezionatori di terra – IEC 62271-102
- Interruttori di alta tensione. – IEC 62271-103 ed1.0 (2011-06).
Le norme per le prove sui trasformatori di corrente sono:
- Trasformatori di misura "parte 6:" Prescrizioni per i trasformatori di corrente di protezione per il comportamento in regime transitorio." – IEC 61869-2 ed1.0 (2012-09).
Norme per le prove sui trasformatori di tensione:
- "Trasformatori di misura", parte 3: "Trasformatori di tensione induttivi". – IEC 61869-3 ed1.0 (2011-07)
- "Trasformatori di misura", parte 5: "Trasformatori di tensione capacitivi". IEC 61869-5 ed1.0 (2011-07)
Norme per le prove sugli scaricatori di sovratensione:
- Scaricatori di sovratensione – Parte 4: scaricatori a ossido metallico senza spinterometri per sistemi in corrente alternata. – IEC 60099- 2007.
Norme per le prove sui relè e sul controllo:
- Relè elettrici – IEC 60255- 2006
- Apparecchiature e sistemi di telecontrollo – IEC 60870 – 2011
- Compatibilità elettromagnetica (ECM) – IEC 61000-2003