DOMANDE E RISPOSTE: Test di scarica parziale

Autore: Charles Nybeck, Ph.D., Substation Applications Engineer

Il test di scarica parziale è una tecnica efficace per determinare lo stato delle risorse ad alta tensione e diagnosticarne i guasti. Per molti ingegneri e tecnici, tuttavia, questa tecnica è relativamente nuova e poco conosciuta, quindi non sorprende che generi molte domande per il nostro team di supporto. Ecco le risposte ad alcune delle domande più frequenti.

D: Come si può determinare se esiste un'attività di scarica parziale in una risorsa ad alta tensione?

R: Esistono diversi metodi per farlo e possono essere suddivisi in due gruppi: test convenzionali e test non convenzionali. Il metodo convenzionale di verifica è definito dallo standard IEC 60270, in cui il circuito di misurazione è composto da un condensatore di accoppiamento per separare l'attività PD, un'impedenza di ingresso e un filtro per il sistema di misurazione dallo strumento di misurazione. Questo metodo richiede la calibrazione una volta che il sistema di misurazione è in atto per garantire che la carica apparente sui terminali di test, misurata in pC, sia rappresentativa delle scariche effettive che si verificano nella risorsa, proprio come si vede sui terminali.

Quando si utilizza questo metodo di test, uno dei modi più efficaci per indagare sui problemi correlati alla scarica parziale è osservare non solo l'entità e il numero di scariche, ma anche il modello di scarica parziale risolta in fase (PRPD). Il modello PRPD consente di sovrapporre l'ampiezza in pC e il numero di scariche all'angolo di fase della tensione applicata, offrendo informazioni sul tipo e sulla gravità del difetto.

Diversi metodi di test della scarica parziale rientrano nel gruppo non convenzionale, tra cui i metodi di rilevamento ottico, elettromagnetico, chimico e acustico. I metodi elettromagnetici e acustici sono i più comuni. Le scariche parziali generano segnali transitori ad alta frequenza che possono essere acquisiti tramite sensori induttivi e capacitivi e mediante sonde di campo appositamente progettate.

Le misurazioni effettuate con questo metodo sono in dBμV o dBm invece che in pC, perché questo metodo non può essere calibrato. Le scariche parziali producono anche delle onde di pressione che possono essere disaccoppiate e misurate utilizzando sensori speciali come i trasduttori piezoelettrici. Questo metodo viene generalmente utilizzato in combinazione con un segnale di attivazione elettrico, principalmente per individuare i difetti delle scariche parziali nelle risorse ad alta tensione come trasformatori o apparecchiature GIS.

D: Le misurazioni online sono più decisive delle misurazioni offline nel determinare lo stato della macchina o è il contrario?

R: Sia le misurazioni online che quelle offline sono fondamentali per determinare lo stato e le condizioni del sistema di isolamento. Le misurazioni online eseguite con accoppiatori installati in modo permanente sono l'unico modo per eseguire il monitoraggio delle scariche parziali nelle risorse. Il monitoraggio online consente la raccolta continua dei dati, il che significa che è possibile impostare le soglie di allarme e impostare le modalità di notifica automatica per l'utente in caso di superamento delle soglie. Le misurazioni online sono molto simili al monitoraggio online poiché utilizzano accoppiatori installati in modo permanente, ma le misurazioni vengono effettuate periodicamente anziché in modo continuativo.

Sia per le misurazioni online che per il monitoraggio online, è necessario considerare le condizioni di funzionamento. Il dispositivo sottoposto a test è soggetto a carico operativo, umidità, temperatura e tensione. Le misurazioni offline consentono una maggiore libertà durante il test poiché la tensione applicata può essere variata come ausilio per identificare le tensioni di innesco (PDIV) e di estinzione (PDEV) della scarica parziale. Gli accoppiatori possono anche essere spostati per eseguire una serie di test e le condizioni ambientali, come temperatura e umidità, possono spesso variare.

D: I metodi di test della frequenza di potenza e della PD a frequenza molto bassa (VLF) differiscono, ma le differenze si applicano specificamente ai test VLF con onda sinusoidale o si estendono ai test con CA smorzata (DAC) e ai test con forma d'onda coseno-rettangolare?

R: Durante le misurazioni della frequenza di potenza, i cicli di tensione applicati sono 50 o 60 volte al secondo, a seconda della frequenza di potenza. Tuttavia, il test VLF viene generalmente eseguito a 0,1 Hz, una velocità 500/600 volte inferiore a quella della frequenza di linea. L'attività di scarica parziale dipende fortemente dal dV/dt o dalla variazione della tensione rispetto al tempo, quindi i test VLF con onda sinusoidale possono portare a tempi di test più lunghi e possono essere limitati nella quantità di attività della scarica parziale che possono eccitare. Quando si utilizzano tecniche DAC o tecniche di test con onda coseno-rettangolare, il valore dV/dt è molto superiore rispetto ai test VLF con onda sinusoidale ed è più probabile che induca un'attività di scarica parziale.

Nei test con forma d'onda coseno-rettangolare, la tensione applicata ha ancora una frequenza fondamentale di 0,1 Hz, ma durante l'inversione di polarità, il valore dV/dt è vicino a quello di un'onda sinusoidale della frequenza di potenza. Ciò consente di eseguire contemporaneamente i test di resistenza VLF e i test di scarica parziale. I tempi di test possono essere più lunghi utilizzando il metodo VLF con onda sinusoidale, ma poiché il valore dV/dt dell'inversione di polarità è prossimo a quello della forma d'onda della frequenza di potenza, i difetti che inducono l'attività di scarica parziale dovrebbero essere più facili da identificare.

Con la metodologia DAC, la tensione viene applicata in eccitazioni di breve durata e la frequenza dipende dall'induttanza e dalla capacità del sistema. È ideale per la diagnostica sui cavi in cui non si desidera applicare una sollecitazione costante per identificare l'attività di scarica parziale, mantenendo tuttavia dei risultati paragonabili alla frequenza di potenza. I risultati di ciascun metodo devono essere confrontati con i risultati ottenuti utilizzando lo stesso metodo per evitare analisi fuorvianti.

D: Qual è la differenza nella procedura per un test di scarica parziale con tensione applicata e un test di scarica parziale con tensione indotta sui trasformatori?

R: In un test di scarica parziale con tensione applicata tutti i terminali degli avvolgimenti sottoposti a test sono in corto insieme e collegati a una frequenza di potenza. Tutti gli altri terminali degli avvolgimenti sono in corto insieme e collegati a massa. Durante il test, tutte le parti dell'avvolgimento e i cavi hanno la stessa tensione rispetto alla massa e agli altri avvolgimenti. Durante l'esecuzione del test, la tensione deve essere avviata a un quarto o meno della tensione massima e aumentata gradualmente fino al massimo, in non più di 15 secondi. Dopo essere stata mantenuta per 1 minuto, la tensione deve essere ridotta gradualmente in non più di 5 secondi, a un quarto della tensione massima o meno, e il circuito deve essere aperto.

In un test di scarica parziale con tensione indotta, una tensione trifase superiore o uguale al doppio della frequenza nominale viene applicata ai terminali a bassa tensione. A differenza del test con tensione applicata, tutti gli altri terminali della linea vengono lasciati aperti mentre il neutro e la cassa sono collegati a massa. La tensione applicata dipende dalla classe di tensione del trasformatore. Per i trasformatori di classe II, la tensione di test viene aumentata lentamente al 150% e mantenuta per alcuni minuti prima di essere aumentata a un livello di incremento di circa il 173% per 7200 cicli. Viene quindi ridotta al 150% e mantenuta per 1 ora. Durante questo test, le misurazioni di scarica parziale vengono registrate ogni 5 minuti. Per entrambi i test, la condizione di superamento è che non si verifichi alcun calo di tensione e che non si senta alcun suono interno. Ulteriori informazioni sono disponibili negli standard IEEE C57.12.01, C57.12.91 e C57.113.

D: Qual è la differenza nel metodo utilizzato quando si esegue un test di scarica parziale su un motore, o un generatore, con un neutro accessibile e uno che non ha un neutro accessibile?

R: Su un motore o generatore con un neutro accessibile, è possibile eccitare l'avvolgimento completo a massa e anche le singole fasi a massa. Si consiglia di eseguire la misurazione in corrispondenza dei terminali di linea delle singole fasi (A1, B1, C1) mentre si esegue la messa a terra dei terminali che non vengono testati. La tensione deve essere iniettata dal neutro per introdurre un ulteriore smorzamento o filtraggio per misurazioni più approfondite. Ad esempio, durante il test della fase A, viene applicata tensione al lato neutro (A2), mentre il condensatore di accoppiamento e il circuito di misurazione sono collegati al lato linea (A1) e le fasi aggiuntive (B1 e C1) sono collegate a massa.

Quando si esegue un test di scarica parziale su un motore o un generatore senza un neutro accessibile, potrebbe sembrare che il test possa essere eseguito solo portando in cortocircuito gli avvolgimenti lato linea, applicando una tensione ed effettuando una misurazione. Ciò comporterebbe una misurazione media tra tutti gli avvolgimenti e potrebbe potenzialmente mascherare un problema con un avvolgimento. Pertanto, anziché eseguire un'unica misurazione, si consiglia di eseguire la misurazione su ciascun singolo avvolgimento, ad esempio applicando la tensione ad A1 e misurando B1, o applicando la tensione a B1 e misurando C1 e così via. Ciò consente un'analisi di ciascun avvolgimento, anche se il neutro è inaccessibile, e può aiutare a prevenire il mascheramento di potenziali problemi.