Elementi essenziali per la manutenzione e cause comuni di guasto nei trasformatori per cabine primarie ad alta potenza

Il guasto di un trasformatore ad alta potenza trasformatore di sottostazione comporta anche costi che vanno oltre le ore di riparazione. Tali costi si quantificano in data center al buio, linee di produzione ferme e finestre di consegna perse. Ryan Electric, una joint venture con Eaton (USA), produce trasformatori di tipo a secco, VPI, immersi nell’olio, su supporto a terra, di potenza e di distribuzione, fino a 10 MVA e 132 kV. Sappiamo che la maggior parte dei guasti catastrofici ha origine da piccoli segnali trascurati. Questo articolo analizza le cause più comuni di guasto nei trasformatori suddividendole per modalità di guasto, inclusi i segnali precoci di allerta, le azioni da intraprendere sul campo e il momento in cui fermare l’impianto e spegnere il trasformatore.

Invecchiamento dell’isolamento degli avvolgimenti: il degrado silenzioso

Nel corso degli anni, l’isolamento in cellulosa ed epossidico subisce un graduale degrado causato da sollecitazioni termiche, elettriche e meccaniche. L’attività di scarica parziale rappresenta inoltre un precursore di danni nei trasformatori in resina colata e VPI.

Segnale precoce : Leggera discolorazione dei condotti di ventilazione, odore insolito o aumento della lettura della scarica parziale (PD). Nell’analisi dell’olio tramite test DGA, l’analisi dei furani indica un aumento della 2-furfuraldeide nelle unità ad immersione in olio.

Intervento sul campo : Misurazione offline della scarica parziale (PD), pulizia dei condotti di raffreddamento, verifica del profilo di carico rispetto alla targhetta. Ridurre al minimo il carico qualora le temperature dei punti caldi superino i limiti.

Quando interrompere l’operatività : Se la scarica parziale (PD) risulta ripetutamente elevata (oltre 500 pC) oppure se l’analisi DGA rileva acetilene (C₂H₂) a concentrazione superiore a 5 ppm, rimuovere immediatamente l’unità dal servizio. In caso di prosecuzione dell’alimentazione, possono verificarsi cortocircuiti tra le spire.

Guasti del regolatore di presa: usura meccanica ed erosione dei contatti

Molti trasformatori di cabina non presentano parti mobili, eccetto i regolatori di presa sotto carico (OLTC). Le principali cause di guasto del trasformatore sono l’erosione dei contatti, l’accumulo di carbonio e il disallineamento del motore di azionamento.

Segnale precoce : Rumore insolito durante la variazione della presa, regolazione della tensione non uniforme o aumento della differenza di temperatura tra OLTC e serbatoio principale.

Intervento sul campo : Sul campo, verificare la presenza di particelle di carbonio nell'olio, la corrente del motore e il suo sincronismo, e ispezionare i contatti dell'interruttore deviatore durante la manutenzione programmata.

Quando interrompere l’operatività : Se l'OLTC non riesce a completare una variazione di presa, oppure il Relè Buchholz scatta durante l'operazione di variazione di presa, bloccare il regolatore di presa e trasferire il carico. Evitare ulteriore attività elettrica.

Ingresso di umidità nel bushing: il percorso nascosto verso il flashover

L'umidità può penetrare all'interno dei bushing in porcellana o compositi attraverso guarnizioni danneggiate o crepe. Le condizioni di bagnato provocano una riduzione della tensione di flashover e un aumento della corrosione interna.

Segnale precoce : Interferenza radio (RIV) insolita, condensa visibile sull'oculare dell'olio o aumento della capacità del bushing e dei valori di tan delta.

Intervento sul campo : Eseguire termografia a infrarossi, pulire i bushing, sostituire le guarnizioni ed effettuare un'analisi dell'olio e una DGA sull'olio del bushing, se applicabile.

Quando interrompere l’operatività se la tangente delta è superiore all'1% a 20 °C oppure il contenuto di idrogeno è superiore a 100 ppm nell'analisi dei gas disciolti (DGA), rimuovere il bushing dal servizio. Il serbatoio del trasformatore può essere distrutto da un arco elettrico sotto carico.

Degrado dell'olio e analisi dei gas disciolti

L'olio minerale può subire processi di ossidazione, scarica elettrica (arcing) e surriscaldamento. L'analisi dei gas disciolti (DGA) è lo strumento diagnostico più efficace per i trasformatori di potenza e di distribuzione ad olio.

Segnale precoce i rapporti tra i gas chiave cambiano: l'aumento di metano (CH₄) indica un guasto termico; l'aumento di etilene (C₂H₄) indica surriscaldamento di metalli; l'aumento di acetilene (C₂H₂) indica una scarica elettrica (arcing).

Intervento sul campo se uno qualsiasi dei gas supera i limiti IEEE, eseguire la DGA mensilmente. Eseguire prove e verificare la pressione del cuscino di azoto; filtrare l'olio se è presente umidità superiore a 20 ppm.

Quando interrompere l’operatività spegnere l'alimentazione dell'impianto se il relè Buchholz scatta oppure se la DGA indica che l'acetilene (C₂H₂) è superiore a 10 ppm e l'idrogeno è superiore a 500 ppm. Ciò indica una condizione pre-fallimento nei trasformatori ad olio.

Invecchiamento termico cumulativo da sovraccarico: Il killer silenzioso

La durata dell'isolamento si dimezza per ogni aumento di 6 °C della temperatura al di sopra della temperatura massima ammessa nel punto più caldo. Nella maggior parte di queste applicazioni, i trasformatori sono sottoposti a sovraccarico ciclico, come nei centri dati, negli impianti di accumulo di energia rinnovabile e nelle azionamenti industriali.

Segnale precoce : Aumento costante della temperatura dell'olio in cima sotto carico stabile, maggiore utilizzo dei ventilatori di raffreddamento o analisi dei gas disciolti (DGA) che indicano un aumento costante dell'etano (C₂H₆).

Intervento sul campo : Utilizzare limiti dinamici di carico, misurare le prestazioni del sistema di raffreddamento e registrare le ore di sovraccarico. Utilizzare la storia termica effettiva, non il tempo cronologico, per definire l'intervallo tra interventi di revisione del trasformatore .

Interrompere il carico : Ridurre il carico quando la temperatura dell'olio in cima raggiunge 105 °C (a immersione in olio) o 155 °C (a resina colata). Quando l'analisi dei gas disciolti (DGA) evidenzia segni di rapida produzione di gas (ad esempio un raddoppio del totale dei gas disciolti entro 24 ore), togliere il trasformatore di servizio ed eseguire un'ispezione interna.

Ryan Electric: Il vostro partner nella prevenzione dei guasti

Ryan Electric produce trasformatori di potenza, distribuzione e compatti, di tipo a secco, con impregnazione sottovuoto (VPI), immersi in olio e montati su basamento, fino a 10 MVA e 132 kV. Ogni trasformatore è sottoposto a prove di routine, di tipo e speciali nei nostri laboratori di prova duali da 35 kV/110 kV, accreditati CNAS, e dispone di certificazioni IEEE, UL, CE, ASTA e DEKRA; disponiamo inoltre di tre aree di prova dedicate rispettivamente per unità in resina colata, immerse in liquido e per cabine primarie. Che siate impegnati in data center Microsoft o in progetti State Grid, offriamo l'affidabilità di cui potete fidarvi in oltre 50 paesi.

Evitare ritardi nella risposta a un Intervento del relè Buchholz. Parlate oggi stesso con i nostri esperti tecnici per ricevere un piano di manutenzione personalizzato, supporto specialistico nell'interpretazione dei risultati dell'analisi dei gas disciolti (DGA) o una soluzione per trasformatori adatta sia al vostro carico sia alle condizioni ambientali. Richiedete subito un preventivo su misura e mantenete la connessione con le vostre infrastrutture critiche.