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Misura della resistenza di isolamento degli avvolgimenti del trasformatore

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MI 3205 TeraOhmXA 5kV

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L'analisi dell'isolamento, più comunemente attraverso la misurazione della resistenza, è un metodo fondamentale per valutare lo stato o "l'idoneità" di una macchina elettrica e la sua capacità di funzionare entro limiti accettabili e per identificare i problemi che richiedono una manutenzione o una riparazione più completa. Tutti i materiali isolanti utilizzati nelle moderne macchine e installazioni elettriche sono soggetti a temperature elevate e fluttuanti, agenti chimici, elementi atmosferici, forze meccaniche e altri fattori che ne degradano le proprietà dielettriche in misura variabile.

La misurazione della resistenza è un metodo semplice, veloce e relativamente economico per valutare l'entità del degrado e la necessità di riparazione. Tuttavia, alcune macchine sono più facilmente manutenibili e riparabili di altre, e a volte può essere più conveniente dal punto di vista pratico ed economico continuare a funzionare, anche se in condizioni modificate. I trasformatori sono un ottimo esempio e le misure di resistenza di isolamento sugli avvolgimenti primari e secondari possono essere una buona guida.

Prolungare la durata di vita di un trasformatore

La maggior parte dei guasti dei trasformatori, almeno di quelli di distribuzione a media tensione (MT) e a bassa tensione (BT), è associata al deterioramento della resistenza di isolamento causato da un funzionamento improprio (sovraccarico) o dall'invecchiamento generale (e prevedibile) del materiale isolante. Indipendentemente dalla causa esatta (anche se può essere importante per un motivo o per l'altro), gli operatori dei trasformatori sono spesso interessati a prolungare il più possibile la loro durata di vita prima di sostituirli con altri nuovi.

Vediamo un esempio reale di come questo obiettivo sia stato raggiunto utilizzando il tester di isolamento ad alta tensione MI 3205 TeraOhmXA 5kV. Una grande azienda elettrica stava modernizzando una parte della rete di distribuzione che soffriva di frequenti interruzioni dovute a sovraccarichi, sostituendo i trasformatori più vecchi con altri più recenti e di classe superiore.

Rimanevano 37 trasformatori 20/0,4 kV 680 kVA (Dy5) che, nonostante l'età, erano perfettamente funzionanti e potevano essere utilizzati per il previsto ampliamento della rete a diverse aree precedentemente non servite. Tuttavia, 15-25 anni di funzionamento, alcuni dei quali in condizioni di sovraccarico e quando il termometro segnava 40 °C all'ombra, hanno avuto un effetto negativo su alcuni di essi, in particolare su quelli più vecchi. Una valutazione della qualità prima del riavvio del funzionamento era quindi più che giustificata.

La misura della resistenza di isolamento degli avvolgimenti primari e secondari è stata scelta come metodo di riferimento. Naturalmente esistono altri metodi e strumenti di valutazione più completi e complessi, ma quello scelto è stato ritenuto sufficiente per lo scopo e poteva essere eseguito utilizzando i tre TeraOhmXA 5kV MI 3205 che avevano già utilizzato per controllare l'isolamento dei cavi e di cui conoscevano il funzionamento.

Analisi dei numeri

L'analisi della resistenza di isolamento (degli avvolgimenti) nei trasformatori consiste in 3 misure di resistenza separate: resistenza tra avvolgimento primario e secondario, tra avvolgimento secondario e serbatoio principale e tra avvolgimento primario e serbatoio principale.

In generale, si raccomanda che la resistenza di isolamento sia di almeno 1 MΩ per ogni kV di potenza degli avvolgimenti - a temperatura ambiente (20 °C). Nel nostro caso, ciò si traduce in 20 MΩ. Tuttavia, la resistenza raccomandata aumenta bruscamente con l'aumentare della temperatura di esercizio. Più che raddoppia per ogni 10 °C in più. A 70 °C, la temperatura massima prevista dagli ingegneri dell'azienda incaricata di valutare i trasformatori, la resistenza di isolamento degli avvolgimenti è di 635 MΩ.

Questo senza considerare il fattore di sicurezza, che è stato fissato al 30 %, per un valore finale di 825,5 MΩ. Fatti i calcoli preliminari, gli ingegneri si misurarono. Apparentemente c'era solo un piccolo problema: l'MI 3205 TeraOhmXA 5kV può produrre 5 kV mentre gli avvolgimenti (primari) sono nominali a 20 kV.

Estrapolazione in soccorso

Fortunatamente, questo non è un problema per due motivi: la resistenza del materiale isolante (degli avvolgimenti del trasformatore) a tensioni specifiche è nota (di solito presentata sotto forma di grafico) e l'MI 3205 TeraOhmXA 5kV supporta test di tensione a gradini (con incrementi di 100 V per un campo di misura da 1 a 5 kV). Gli ingegneri hanno semplicemente eseguito tutte e tre le misure, facendo attenzione a utilizzare correttamente il terminale di protezione del tester, per ogni singolo trasformatore e hanno tracciato i risultati per ogni misura (da 1 kV a 5 kV), estrapolandoli a 20 kV e confrontandoli con la scheda tecnica/il grafico del materiale. Le misure hanno naturalmente richiesto un po' di tempo, poiché la capacità dell'isolamento era elevata (il tester è in grado di gestire 3s/μF) - la scarica alla fine è stata eseguita automaticamente (un'altra comoda funzione del MI 3205 TeraOhmXA 5kV).

Informazioni preziose

Sorprendentemente, 35 dei 37 trasformatori hanno superato il test e sono stati messi in funzione sulla rete di distribuzione. I due rimanenti erano operativi, ma si è calcolato che potevano operare in sicurezza solo a una temperatura e a un carico significativamente ridotti e come tali non erano adatti allo scopo dell'utility: sono stati quindi rottamati. È la prova che una semplice analisi dell'isolamento come quella eseguita con il MI 3205 TeraOhmXA 5kV può essere un valido metodo di valutazione - per trasformatori MT e BT e altre macchine elettriche.