Test dello statore del generatore

MI 3288 Tester di isolamento a terra

I materiali di isolamento dei cavi elettrici di oggi hanno fatto molta strada rispetto ai tempi della seta e della guttaperca (lattice naturale), che paradossalmente dovevano essere mantenuti umidi per aderire al filo e non cadere. Hanno proprietà dielettriche incomparabilmente migliori, sono più economici e durevoli e possono essere fabbricati in qualsiasi forma. Tuttavia, non sono immuni dalla degradazione causata da elementi quali le alte e le (bassissime) temperature, i raggi UV, le sovratensioni, l'umidità e le forze meccaniche.

Date le gravi conseguenze di un guasto dei materiali, l'analisi dell'isolamento è uno dei metodi fondamentali per valutare il corretto funzionamento di qualsiasi macchina, apparecchio, impianto o sistema elettrico. Tuttavia, i requisiti, le linee guida e gli standard differiscono notevolmente tra loro. I generatori e altre macchine elettriche rotanti (di grandi dimensioni) ne sono un esempio distinto, in quanto l'isolamento è soggetto a sollecitazioni maggiori rispetto ad altre applicazioni, in particolare alle alte temperature e alle forze meccaniche. Tuttavia, è ancora suscettibile a elementi a prima vista banali come l'umidità che, se le condizioni sono adatte, può creare scompiglio e danneggiare irreparabilmente la macchina.

Umidità, temperatura e isolamento

Indipendentemente dall'esatto materiale isolante utilizzato, l'effetto principale dell'umidità è (oltre alla degradazione fisica del materiale dovuta a vari processi chimici) la creazione di percorsi conduttivi striscianti che portano a una forte riduzione della rigidità dielettrica e di conseguenza a un aumento della probabilità di rottura (dielettrica). Nel caso dei generatori, l'umidità dell'aria può essere aspirata all'interno della macchina attraverso le bocchette di raffreddamento o attraverso fessure poco visibili in quelli dotati di un sistema di raffreddamento dedicato e a circuito chiuso (sistema raffreddato a liquido).

Le fluttuazioni di temperatura all'interno della macchina fanno sì che l'umidità si condensi in forma liquida e si infiltri nell'isolamento degli avvolgimenti. Se non ci sono mezzi per asciugare gli avvolgimenti o se nessuno controlla la qualità dell'isolamento, la macchina può avere una durata di vita molto breve. Ma l'umidità può penetrare nella macchina anche quando non è in funzione, cioè in condizioni di stoccaggio improprie, esposta al sole e ad altre influenze ambientali dannose. Una macchina di questo tipo deve essere ispezionata a fondo prima di essere messa in funzione e questo è esattamente ciò che un ispettore di sicurezza elettrica affiliato a Metrel ha dovuto fare per un generatore da 100 kW che si sospettava fosse affetto da umidità a causa delle condizioni di stoccaggio.

Fuori dal magazzino, ma non ancora in funzione

Un generatore da 100 kW (trifase, 50 Hz, 400 V / 195 A, 1000 giri/min) è stato utilizzato per circa 10 anni in una microcentrale idroelettrica (turbina Francis), fino a quando l'impianto è stato smantellato a causa di problemi con il flusso dell'acqua. Il generatore è stato quindi immagazzinato in un magazzino piuttosto fatiscente, non lontano dalla vecchia centrale, ma vicino a un piccolo stagno, insieme ad altri macchinari elettrici, tra cui diversi motori elettrici di grandi dimensioni. Questi ultimi sono risultati avere un cattivo isolamento sia dello statore (armatura) che del rotore e hanno dovuto essere riparati; si sospettava che il generatore, che stava per essere installato in una nuova centrale (idroelettrica), potesse avere problemi simili.

Test PI, DAR e DD

Il generatore è stato trasportato in un'officina di riparazione di un produttore di trasformatori. Elevate quantità di interferenze elettromagnetiche, come quelle che si possono trovare in questo e in altri ambienti simili, possono essere problematiche durante i test e le misurazioni, ma il tester per l'isolamento di terra MI 3288 utilizzato dall'ispettore è dotato di puntali schermati che attenuano notevolmente questo problema. Inoltre, il tester è dotato di terminali di ingresso protetti e i puntali di prova sono dotati di appositi conduttori di collegamento - eliminando così le potenziali correnti di dispersione dovute alla contaminazione superficiale e all'umidità, che possono influenzare l'accuratezza della misura.

Prima di impegnarsi in qualsiasi misura/analisi della resistenza di isolamento, tuttavia, occorre pensare più di tanto alla resistenza minima desiderata per la macchina/sistema in questione. Una buona regola è quella di avere almeno 1 MΩ di resistenza per ogni kV. Tuttavia, questo numero (1 MΩ) è valido solo a temperatura ambiente (20 °C). A temperature più elevate i requisiti aumentano molto rapidamente: per ogni 10 °C, la resistenza richiesta aumenta di oltre il 50% (macchine rotanti di classe B). Ad esempio, a 40 °C la resistenza deve essere di almeno 2,5 MΩ per ogni kV (nominale).

La relazione tra l'umidità e le variazioni di resistenza non è così semplice e varia notevolmente per i diversi materiali isolanti, ma si può comunque affermare che qualsiasi umidità riduce la resistenza dell'isolamento. In ogni caso, l'ispettore ha collegato gli avvolgimenti del rotore e dello statore del generatore al tester per l'isolamento di terra MI 3288 e ha effettuato tre misurazioni separate per ciascuno di essi: metodo del tempo di salita/indice di polarizzazione (PI), rapporto di assorbimento dielettrico (DAR) e test di scarica dielettrica. Di queste tre misure, la scelta migliore per valutare i danni da umidità all'isolamento è il test della scarica dielettrica (DD).

L'oggetto testato viene tenuto sotto alta tensione per un periodo di tempo prolungato, di solito tra i 10 e i 30 minuti. La tensione viene quindi disattivata e viene misurata la corrente di scarica. Le correnti (di scarica) misurate dal generatore erano, come inizialmente previsto, molto elevate, così come (ovviamente) il risultato DD, superiore a 5 (un buon valore è generalmente inferiore a 2).

Il generatore è stato quindi revisionato; il rotore è stato rimosso e sottoposto a un'accurata pulizia, così come lo statore. Entrambi sono stati controllati visivamente per verificare l'assenza di danni e sono stati conservati in una stanza riscaldata con atmosfera controllata per asciugarsi completamente. Dopo l'assemblaggio, il generatore è stato nuovamente valutato con il tester per l'isolamento di terra MI 3288 e ne è uscito a pieni voti: l'isolamento è stato giudicato buono e il generatore è stato messo in funzione nella nuova centrale elettrica.