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Misura della resistenza di interruttori ad alta tensione con doppia messa a terra

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MI 3252 MicroOhm 100A

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Gli interruttori e gli altri tipi di interruttori hanno fatto molta strada rispetto ai semplici interruttori a coltello in rame che venivano utilizzati durante i primi esperimenti con l'elettricità e che spesso esponevano l'operatore a un rischio significativo di folgorazione. Oggi hanno un design di gran lunga superiore e sono realizzati con materiali di qualità superiore, oltre a standard e normative che tutelano sia gli utenti che i produttori. Tuttavia, tutti hanno ancora una certa durata di vita (in condizioni specifiche e prescritte), alcuni richiedono una manutenzione speciale e possono anche essere sottoposti a test periodici di prestazione/sicurezza.

Gli interruttori ad alta tensione utilizzati nei cantieri sono un esempio di questi ultimi. Non possiamo affermare che siano l'elemento più critico, poiché praticamente tutti i componenti del quadro sono di importanza critica e anche solo le prestazioni non ottimali di uno di essi possono avere conseguenze catastrofiche. Tuttavia, gli interruttori sono un anello importante nell'intera catena del funzionamento della trasmissione-distribuzione di energia (e in altri tipi di sottostazioni, non solo in quelle di distribuzione) e devono essere regolarmente sottoposti a manutenzione e test. Il tipo di valutazione più elementare è la misurazione della resistenza, che può aiutare a identificare gli interruttori che hanno una scarsa conduttività e si stanno surriscaldando. Tuttavia, le misure di sicurezza utilizzate durante la misurazione possono influenzarne l'accuratezza, rendendo necessario un protocollo di misura speciale.

La sicurezza prima di tutto

I test e le misure in ambienti ad alta tensione comportano una serie di sfide e pericoli, il principale dei quali è il pericolo di folgorazione e incendio (arco elettrico). Sono indispensabili protocolli di sicurezza completi e dispositivi di sicurezza appropriati, tra cui (ove applicabile) una doppia messa a terra che isoli virtualmente in modo completo (già scollegato) il componente da qualsiasi fonte di alimentazione.

Questa doppia messa a terra può anche degradare l'accuratezza di alcune misure (ad esempio, la resistenza) e deve essere compensata. Fortunatamente, nonostante l'idea prevalente che in questi casi siano necessarie apparecchiature specializzate, l'operazione è piuttosto semplice e può essere eseguita con un normale tester di continuità e una pinza amperometrica con ganasce di dimensioni adeguate (i cavi di messa a terra sono solitamente di grande diametro). Un MI 3252 MicroOhm 100A e un MD 9231 Industrial TRMS AC/DC Current Clamp Meter - combinazione utilizzata da un gruppo di ingegneri manutentori incaricati di testare un gruppo di interruttori ad alta tensione appena installati e ancora da mettere in funzione in una grande sottostazione di trasmissione (400 kV/110 kV).

L'MI 3252 MicroOhm 100A è particolarmente adatto a tali installazioni, dove l'entità e l'intensità delle interferenze elettromagnetiche sono significative e possono influenzare radicalmente l'accuratezza della misura. È in grado di resistere a campi elettrici superiori a 12 kV/m senza alcun degrado delle prestazioni, come ha scoperto il nostro gruppo di ingegneri che ha apprezzato anche la portabilità del tester, che pesa solo 11,8 kg.

precisione a 4 fili

Sono stati testati sei interruttori ad alta tensione da 400 kV. Ognuno di essi era dotato di doppia messa a terra per garantire la sicurezza di due ingegneri che sono stati sollevati in cima all'interruttore per misurare la resistenza con l'MI 3252 MicroOhm 100A utilizzando il metodo Kelvin a 4 fili, un metodo superiore per la misurazione accurata di resistenze molto basse, in particolare in condizioni di campo.

Il metodo Kelvin a 4 fili, soprattutto se abbinato a una corrente di prova elevata (l'MI 3252 MicroOhm 100A può erogare 100 A), è un metodo intrinsecamente molto accurato in quanto elimina qualsiasi errore causato dalla resistenza intrinseca dei puntali. Tuttavia, l'MI 3252 MicroOhm 100A vanta anche algoritmi proprietari di filtraggio del rumore che consentono un'estrema precisione con soli 100 A (alcuni sostengono erroneamente che sia necessaria una corrente molte volte superiore per ottenere un'accuratezza simile): può misurare resistenze fino a 1 nΩ con un'accuratezza dello 0,25%.

Ma torniamo ai nostri ingegneri che testano gli interruttori. Hanno collegato il tester all'interruttore, due puntali (con clip) su ciascun lato dell'interruttore e hanno misurato la resistenza. Allo stesso tempo, hanno utilizzato un misuratore di corrente a pinza, in questo caso l'MD 9231 Industrial TRMS AC/DC Current Clamp Meter, per misurare la corrente attraverso uno dei fili di messa a terra.

L'umile ma essenziale pinza amperometrica

I due collegamenti a terra, uno su ciascun lato dell'interruttore, completano un circuito ed è inevitabile che una frazione della corrente che l'MI 3252 MicroOhm 100A inietta nell'interruttore attraversi il filo e la terra. Tuttavia, se la resistenza dell'interruttore (contatti) è molto inferiore a quella dei cavi di messa a terra, come dovrebbe essere, solo una piccola quantità di corrente (misurata con la pinza amperometrica) li attraverserà.

L'eventuale errore di misurazione (della resistenza) sarà quindi piccolo e, se le tolleranze desiderate lo consentono, può essere considerato trascurabile. Una corrente più elevata attraverso il cavo di messa a terra, invece, indica una resistenza inaccettabilmente elevata dell'interruttore e può essere calcolata semplicemente sottraendo la corrente del cavo di terra dalla corrente iniettata.

Calcoli al volo

Nel caso dei suddetti interruttori, la corrente attraverso i cavi di messa a terra era effettivamente piccola ed è stata misurata con le pinze nell'ordine di 0,5 A per tutti. L'errore relativo della misurazione della resistenza (attraverso l'interruttore) è stato quindi di circa lo 0,5% - accettabile per gli standard degli ingegneri che hanno autorizzato tutti gli interruttori testati. I risultati sono stati accuratamente salvati per riferimento futuro, ovvero per i test periodici che possono rivelare il degrado del materiale (attraverso l'aumento della resistenza) e la necessità di una manutenzione preventiva.