L'importanza del terminale di protezione nel test dell'isolamento

Autore: Keith Wilson

La misurazione della resistenza di isolamento è uno dei test più utilizzati per le risorse elettriche; tuttavia, per ottenere dei risultati affidabili, è opinione comune che sia essenziale utilizzare un set di test provvisto di terminale di protezione. Analizzeremo ora da dove ha origine questa necessità ed esamineremo i problemi, spesso trascurati, delle prestazioni del terminale di protezione.

Quando si svolge un test della resistenza di isolamento, si applica un valore noto di tensione elevata CC alla risorsa sottoposta al test e se ne misura il flusso di corrente risultante. Utilizzando la legge di Ohm, il valore della corrente, che solitamente è molto esiguo, viene convertito in un valore di resistenza di isolamento. Il confronto tra questo valore di resistenza di isolamento e i criteri prestabiliti di esito negativo/positivo aiuta a stabilire la sicurezza e la qualità del sistema di isolamento della risorsa testata. Inoltre, svolgendo periodicamente dei test di resistenza di isolamento su una risorsa, sulla base dei risultati ottenuti è possibile elaborare una tendenza che mostri eventuali variazioni utili a rilevare un deterioramento del sistema di isolamento e a prevedere la durata residua dell'elemento.

Tutte le parti di un'infrastruttura elettrica, dal punto di generazione dell'energia, attraverso la sua trasmissione e distribuzione, fino all'utilizzo finale da parte dell'utenza, si basano su un efficace isolamento. La disponibilità continua della rete elettrica è di fondamentale importanza, pertanto, chiaramente, è essenziale che quando si misurano i valori della resistenza di isolamento, ci si possa fidare dei risultati ottenuti.

Let’s consider for a Consideriamo per un momento cosa accade nel caso in cui si effettui un test errato e le misure ottenute non siano corrette. Se i risultati su cui ci basiamo sono inferiori ai veri valori della resistenza di isolamento, le risorse testate potrebbero essere ritirate prematuramente dal servizio, le squadre addette alla manutenzione potrebbero svolgere delle riparazioni inutili di componenti costosi e parte della rete potrebbe essere esclusa dal servizio per consentire lo svolgimento di questo intervento inutile. Tutto ciò porta a un aumento dei costi di manutenzione, una diminuzione della disponibilità della rete, un incremento dei prezzi per il consumatore e potenzialmente a minori utili per le aziende fornitrici del servizio.

Per eliminare questi problemi dobbiamo utilizzare degli strumenti di misurazione della resistenza di isolamento che forniscano costantemente letture accurate e affidabili. Per capire che cosa significa tutto questo nella pratica, dobbiamo analizzare più da vicino le correnti estremamente piccole misurate da un tester per resistenza di isolamento.

Una volta che le correnti transienti, come la corrente di carica capacitiva e la corrente di assorbimento (o di polarizzazione), diminuiscono a valori trascurabili nella risorsa sottoposta a test, resta una piccola corrente di stato stazionario nota come corrente di dispersione o di conduzione. Essa è composta da due componenti:

• Corrente di dispersione attraverso il materiale isolante
• Corrente di dispersione sulla superficie dell'isolamento

Fondamentalmente utilizziamo la corrente di dispersione attraverso il materiale isolante come base per decidere se continuare ad utilizzare o meno la risorsa testata. Tuttavia, in determinati tipi di risorse, la corrente di dispersione sulla superficie dell'isolamento può influire sulle misure a tal punto che i valori della resistenza di isolamento misurati non sono più affidabili.

Cavi, avvolgimenti, trasformatori di potenza, isolatori passanti elettrici e altre risorse di grandi dimensioni che presentano ampie aree superficiali possono essere contaminate dal pulviscolo o persino da un sottile strato di umidità. Queste condizioni tendono a produrre una corrente di dispersione superficiale significativa che può compromettere seriamente la misurazione della vera corrente di dispersione dell'isolamento.

Nello schema seguente, che rappresenta un isolatore passante contaminato, la corrente di dispersione dell'isolamento attraverso il materiale isolante dell'isolatore passante è mostrata in blu e la corrente di dispersione superficiale è mostrata in rosso. Queste due correnti si combinano nella parte superiore dell'isolatore passante prima di tornare allo strumento attraverso il puntale negativo (nero). Lo strumento misura la corrente combinata e pertanto fornirà un valore di resistenza di isolamento erroneamente basso.

Corrente misurata = corrente di dispersione superficiale + corrente di dispersione dell'isolamento

Per evitare questo problema, dobbiamo rimuovere la componente della corrente di dispersione superficiale dalle nostre misurazioni, in special modo quando si misura una risorsa con una resistenza di isolamento di 100 MΩ o superiore a tensioni di 1000 V e oltre. È qui che entra in gioco il terminale di protezione.

Il terminale di protezione è un terzo collegamento realizzato con la risorsa sottoposta a test. Questo collegamento fornisce un percorso di ritorno per la corrente di dispersione superficiale che, come abbiamo visto, potrebbe portare altrimenti a un errore sostanziale nella misurazione della resistenza di isolamento.

Prendendo ancora ad esempio un isolatore passante per alta tensione, lo schema seguente mostra in che modo la corrente di dispersione superficiale che scorre lungo l'esterno del materiale isolante sia "esclusa" avvolgendo un nastro conduttivo attorno alla sezione medio-alta dell'isolatore passante. Questo accorgimento esclude la corrente di dispersione superficiale e consente allo strumento per test di misurare solo la vera corrente di dispersione dell'isolamento.

Corrente misurata = solo la corrente di dispersione dell'isolamento. La corrente di dispersione superficiale viene "esclusa".

Uno dei vantaggi del terminale di protezione è che esso può essere utilizzato come strumento diagnostico rapido di prima linea. Due semplici test possono stabilire rapidamente se il sistema di isolamento di una risorsa è realmente deteriorato oppure se è semplicemente contaminato dalla sporcizia e quindi necessita solo di un'adeguata pulizia. Il primo test si esegue utilizzando il terminale di protezione, mentre il secondo ne fa a meno. Se i due valori della resistenza di isolamento misurati differiscono notevolmente, è chiaro che il problema è dovuto a una contaminazione che fa sì che lo strumento, quando è utilizzato senza il terminale di protezione, mostri valori di resistenza di isolamento inferiori a quelli previsti.

Il terminale di protezione è importante anche quando si svolgono misurazioni periodiche della resistenza di isolamento di una risorsa per elaborare una tendenza sulla base dei risultati ottenuti. Esistono molte variabili che possono influire sul valore della resistenza di isolamento misurata della risorsa testata tra cui, ad esempio, le interferenze elettriche e la temperatura. Per questo motivo, quando si elabora una tendenza dei valori della resistenza di isolamento per l'intero ciclo di vita della risorsa testata, è necessario l'uso del terminale di protezione in ogni misurazione. Questo perché il terminale di protezione elimina la variabile aggiuntiva della dispersione superficiale, che cambia essa stessa nel tempo in conseguenza della contaminazione e dei diversi livelli di umidità relativa al momento della misurazione.

Abbiamo visto che il terminale di protezione rappresenta una funzione essenziale di un tester di resistenza di isolamento per alta tensione se si vogliono ottenere dei risultati affidabili. Tuttavia, è importante notare che non tutti i terminali di protezione sono uguali; in effetti, le prestazioni dei terminali di protezione differiscono notevolmente tra gli strumenti di misura di produttori diversi.

Megger offre un terminale di protezione su una serie di prodotti, a partire dallo strumento portatile MIT2500, che può effettuare test fino a 2,5 kV, per arrivare al prodotto di punta S1-1568 che effettua test fino a 15 kV. L'azienda dichiara tutte le prestazioni dei suoi terminali di protezione, indicando l'accuratezza e fornendo i valori tipici della resistenza di isolamento e della resistenza superficiale parallela. A differenza di altri produttori, Megger dichiara la precisione nell'intero intervallo di tensione di uscita dello strumento, piuttosto che a una tensione di uscita specifica che potrebbe non essere tipica del normale utilizzo.

La circuiteria del terminale di protezione necessita di un'attenta progettazione per garantire una bassa impedenza di ingresso, essenziale per l'accuratezza, e al contempo il raggiungimento di un'elevata classe di sicurezza CAT in linea con la norma IEC 61010, in modo che gli utenti siano sempre sicuri anche nel caso in cui nel circuito testato si verifichino delle tensioni transienti o indotte. Queste due caratteristiche sono importanti, ma offrirle significa implementare nello strumento una circuiteria dal costo elevato che possa rispondere istantaneamente per bloccare i transienti che potrebbero mettere in pericolo sia l'utente che lo strumento.

Alcuni fornitori di strumenti per test hanno tentato di mantenere bassi i costi utilizzando resistori ad alto valore nei circuiti del terminale di protezione così da ottenere per i loro strumenti un'elevata classe di sicurezza CAT. Sfortunatamente, questo aumenta l'impedenza di ingresso del terminale di protezione e ne deteriora le prestazioni.

Questi componenti a basso costo aggiungono anche un inutile carico sullo strumento e, di conseguenza, quest'ultimo non riesce a mantenere la tensione del test specificata, specialmente nel caso dei valori più bassi della resistenza di isolamento. La tensione in uscita, semplicemente, crolla, rendendo il test fuori specifica, il che invalida automaticamente qualsiasi risultato ottenuto.

Inoltre, laddove sono state utilizzate resistenze ad alto valore per aumentare la classe di sicurezza CAT del terminale di protezione nelle schede tecniche, un attento esame della guida utente a volte rivela che solo il terminale di protezione è certificato CAT, mentre i terminali positivo e negativo non lo sono. Il terminale di protezione è probabilmente il punto in cui è più improbabile vedere dei transienti, quindi questa pratica è decisamente una prova di scarsa progettazione. Ovviamente, tutti i terminali dei tester di isolamento per alta tensione Megger sono certificati CAT.

La scelta del giusto tester di resistenza di isolamento può essere difficile. Dato il gran numero di prodotti attualmente disponibili, esaminare le schede tecniche, sapersi muovere attraverso le difficoltà illustrate in questo articolo e provare a stabilire quale prodotto comprare è una sfida dispendiosa in termini di tempo. Tenendo conto di tutto questo, Megger ha prodotto un utile supporto per aiutarvi a confrontare un elenco di prodotti selezionati. Il CB101G è uno strumento semplice e sicuro che contiene una serie di resistori ad alta potenza certificati per l'uso fino a 5 kV. Questo strumento può essere utilizzato per confermare rapidamente e con certezza, in positivo o in negativo, le prestazioni del terminale di protezione praticamente su qualsiasi tester di resistenza di isolamento.

I terminali di protezione ad alte prestazioni dei tester per resistenza di isolamento Megger garantiscono che questi strumenti forniscano valori di resistenza di isolamento accurati, verificabili e affidabili che possono essere utilizzati per prendere una decisione corretta e informata sulle reali condizioni di isolamento di una risorsa.

L'efficacia della manutenzione predittiva dipende dal tracciamento affidabile delle tendenze dei risultati dei test per fornire un'indicazione tempestiva di malfunzionamenti imminenti. L'uso di un terminale di protezione ad alte prestazioni può quindi ridurre il rischio di sostituzione prematura di una risorsa e garantire la massima durata in servizio. Le squadre addette alla manutenzione possono svolgere l'attività corretta nei momenti più appropriati, mantenendo i costi al minimo e sfruttando al massimo la disponibilità della rete.