Le scariche parziali (PD) nei trasformatori si riferiscono a un fenomeno in cui si verifica una rottura dielettrica localizzata in una piccola porzione del sistema di isolamento sotto stress ad alta tensione. Queste scariche non collegano gli elettrodi ma si verificano solo in aree di debolezza dell'isolamento. Le PD sono in genere molto deboli e non possono essere rilevate dai sensi umani, richiedendo apparecchiature di misurazione specializzate.
Cause di scarica parziale nei trasformatori
Le cause delle scariche parziali nei trasformatori sono molteplici e comprendono diversi aspetti:
1. Materiale isolante e struttura:
Difetti come bolle, impurità e crepe: Questi difetti compromettono le prestazioni isolanti del materiale, provocando scariche parziali.
Costante dielettrica inferiore delle bolle: Le bolle sopportano un campo elettrico più intenso rispetto al materiale isolante adiacente, il che le rende più soggette a guasti e scariche.
Progettazione della struttura di isolamento irragionevole: Un'eccessiva intensità del campo elettrico o di torsione nei trasformatori a secco dovuta a una progettazione scadente può causare scariche parziali.
Spigoli vivi e sbavature: I componenti isolanti e metallici con bordi taglienti o sbavature possono causare concentrazioni locali di campi elettrici, innescando scariche parziali.
2. Fattori operativi:
Funzionamento a lungo termine e variazioni di carico: Questi fattori provocano l'invecchiamento e l'usura dei materiali isolanti interni del trasformatore, riducendone le proprietà isolanti e causando scariche parziali.
Sovratensione: La sovratensione nel sistema elettrico, causata da fattori esterni (come i fulmini) o interni (come le operazioni di commutazione), può superare la tensione di rottura dei materiali, provocando una scarica parziale.
3. Fattori di installazione e di processo:
Processi di produzione inadeguati: Uno scarso controllo del vuoto durante l'asciugatura, tempi di asciugatura inadeguati e requisiti di temperatura inadeguati possono lasciare gas residuo nelle bobine.
Danni da installazione: L'isolamento potrebbe danneggiarsi durante l'installazione oppure lunghi periodi di inattività potrebbero aumentare il contenuto di umidità nei materiali isolanti, influenzando i livelli di scarica.
Processi di avvolgimento e assemblaggio non corretti: Problemi quali sbavature sui cavi ad alta e bassa tensione o distanze non idonee durante l'assemblaggio possono influire sui livelli di scarica parziale.
Pericoli di scarica parziale
Sebbene la scarica parziale nei trasformatori sia localizzata e debole, comporta notevoli rischi a lungo termine, principalmente attraverso il danneggiamento dei materiali isolanti:
1. Danni diretti all'isolamento: La scarica parziale continua erode gradualmente l'isolamento, portando potenzialmente alla rottura completa nel tempo. Gli effetti elettrochimici producono gas reattivi come ozono e ossido nitrico, corrodendo ulteriormente l'isolamento.
2. Riscaldamento locale: La scarica parziale genera calore, che può aumentare la temperatura locale del dielettrico, causandone anche la carbonizzazione.
Metodi di rilevamento per scariche parziali
I metodi di rilevamento delle scariche parziali generalmente includono tecniche elettriche, ultrasoniche e chimiche:
1. Metodi elettrici: Utilizzo di oscilloscopi, rilevatori di scariche parziali o misuratori di interferenze radio per osservare le forme d'onda di scarica o i livelli di interferenza radio.
2. Metodi ad ultrasuoni: Rilevamento delle onde ultrasoniche generate dalla scarica e conversione di queste onde in segnali elettrici per l'analisi.
3. Metodi chimici: Analisi del contenuto e dei modelli di variazione di vari gas disciolti nell'olio, comunemente nota come "analisi cromatografica".
Misure preventive per la scarica parziale
Per evitare i pericoli di scarica parziale, è possibile adottare diverse misure preventive:
1. Selezione di materiali isolanti di alta qualità.
2. Ispezione e manutenzione regolari: Sostituzione tempestiva dei componenti vecchi e gravemente usurati.
3. Installazione di dispositivi di protezione da sovratensione: Per rilevare e sopprimere condizioni di sovratensione.
4. Installazione di dispositivi di monitoraggio della temperatura: Controllare regolarmente le variazioni di temperatura sulla superficie del trasformatore.
Queste misure prevengono e mitigano efficacemente il verificarsi di scariche parziali, garantendo il funzionamento sicuro e stabile dei trasformatori.
