Prova ad impulso del trasformatore

Apprendimenti chiave:
●Test a impulsi della definizione del trasformatore:Un test a impulsi di un trasformatore ne verifica la capacità di resistere a impulsi ad alta tensione, garantendo che il suo isolamento possa gestire picchi improvvisi di tensione.
●Test dell'impulso del fulmine:Questo test utilizza tensioni naturali simili a quelle di un fulmine per valutare l'isolamento del trasformatore, identificando i punti deboli che potrebbero causare guasti.
●Test dell'impulso di commutazione:Questo test simula i picchi di tensione derivanti dalle operazioni di commutazione nella rete, che possono anche sollecitare l'isolamento del trasformatore.
●Generatore di impulsi:Un generatore di impulsi, basato sul circuito Marx, crea impulsi ad alta tensione caricando i condensatori in parallelo e scaricandoli in serie.
●Prestazioni di test:La procedura di test prevede l'applicazione di impulsi di fulmine standard e la registrazione delle forme d'onda di tensione e corrente per identificare eventuali guasti di isolamento.
L'illuminazione è un fenomeno comune inlinee di trasmissionea causa della loro alta altezza. Questo colpo di fulmine sulla lineaconduttoreprovoca una tensione impulsiva. L'apparecchiatura terminale della linea di trasmissione cometrasformatore di potenzaquindi sperimenta queste tensioni impulsive del fulmine. Anche in questo caso, durante tutti i tipi di operazioni di commutazione online nel sistema, si verificheranno impulsi di commutazione nella rete. L'entità degli impulsi di commutazione può essere circa 3,5 volte la tensione del sistema.
L'isolamento è fondamentale per i trasformatori, poiché qualsiasi debolezza può causare guasti. Per verificarne l'efficacia, i trasformatori vengono sottoposti a prove dielettriche. Tuttavia, il test di resistenza alla frequenza industriale non è sufficiente per dimostrare la rigidità dielettrica. Per questo motivo vengono eseguiti test di impulso, compresi test di fulmini e impulsi di commutazione
Impulso fulmineo
L'impulso del fulmine è un puro fenomeno naturale. Pertanto è molto difficile prevedere l’effettiva forma d’onda di un fulmine. Dai dati raccolti sui fulmini naturali si può concludere che il disturbo del sistema dovuto ai fulmini naturali può essere rappresentato da tre forme d'onda fondamentali.
●Onda intera
●onda tagliata e
●Fronte d'onda
Sebbene l'effettivo disturbo dell'impulso del fulmine possa non avere esattamente queste tre forme, definendo queste onde è possibile stabilire una rigidità dielettrica minima dell'impulso di un trasformatore.
Se un fulmine percorre la linea di trasmissione prima di raggiungere iltrasformatore, la sua forma d'onda può diventare un'onda intera. Se si verifica un flash-over in qualsiasi momentoisolantedopo il picco dell'onda, potrebbe diventare un'onda spezzata.
Se il fulmine colpisce direttamente i terminali del trasformatore, l'impulsovoltaggioaumenta rapidamente finché non viene mitigato da un flash over. Nell'istante del flash-over la tensione crolla improvvisamente e può formare il fronte della forma d'onda.
L'effetto di queste forme d'onda sull'isolamento del trasformatore può essere diverso l'uno dall'altro. Non entreremo qui in una discussione dettagliata su quale tipo di forme d'onda di tensione impulsiva causano quale tipo di guasto nel trasformatore. Ma qualunque sia la forma dell'onda di tensione del disturbo da fulmine, tutte possono causare guasti all'isolamento nel trasformatore. COSÌprova di impulso luminoso del trasformatoreè uno dei test di tipo più importanti del trasformatore.

Impulso di commutazione
Studi e osservazioni rivelano che la tensione di commutazione o l'impulso di commutazione può avere un tempo anteriore di diverse centinaia di microsecondi e questa tensione può essere periodicamente smorzata. La norma IEC – 600060 ha adottato per la prova dell'impulso di commutazione un'onda lunga avente tempo frontale di 250 μs e tempo a metà valore 2500 μs con tolleranze.
Lo scopo del test della tensione impulsiva è garantire che iltrasformatorel'isolamento resiste alla sovratensione dovuta ai fulmini che può verificarsi durante il servizio.

Il design del generatore di impulsi si basa sul circuito Marx. Lo schema del circuito di base è mostrato nella Figura sopra. L'impulsocondensatoriI Cs (12 condensatori da 750 ηF) vengono caricati in parallelo attraverso la caricaresistoriRc (28 kΩ) (tensione di carica massima consentita 200 kV). Quando la tensione di carica ha raggiunto il valore richiesto, la rottura dello spinterometro F1 viene avviata da un impulso di attivazione esterno. Quando la F1 crolla, il potenziale della fase successiva (punti B e C) aumenta. Poiché la resistenza in serie Rs è di basso valore ohmico rispetto alle resistenze di scarica Rb (4,5 kΩ) e alla resistenza di carica Rc, e poiché la resistenza di scarica a basso valore ohmico Ra è separata dal circuito dallo spinterometro ausiliario Fal , la differenza di potenziale attraverso lo spinterometro F2 aumenta considerevolmente e inizia la rottura di F2.
In questo modo si provoca la rottura sequenziale degli spinterometri. Di conseguenza i condensatori vengono scaricati nel collegamento in serie. I resistori di scarica ad alta resistenza Rb sono dimensionati per impulsi di commutazione e i resistori a bassa resistenza Ra per impulsi di fulmine. I resistori Ra vengono collegati in parallelo ai resistori Rb, quando gli spinterometri ausiliari si guastano, con un ritardo temporale di alcune centinaia di nanosecondi.
Questa disposizione garantisce il corretto funzionamento del generatore.
La forma d'onda e il valore di picco della tensione impulsiva vengono misurati mediante un sistema di analisi degli impulsi (DIAS 733) collegato alpartitore di tensione. La tensione richiesta si ottiene selezionando un numero adeguato di stadi collegati in serie e regolando la tensione di carica. Per ottenere l'energia di scarica necessaria si possono utilizzare collegamenti in parallelo o serie-parallelo del generatore. In questi casi alcuni condensatori sono collegati in parallelo durante la scarica.
La forma dell'impulso richiesta si ottiene selezionando opportunamente la serie e le resistenze di scarica del generatore.
Il front time può essere calcolato approssimativamente dall’equazione:
Per R1 >> R2 e Cg >> C (15.1)
Tt = .RC123
e la metà del tempo alla metà del valore dell'equazione
T ≈ 0,7.RC
In pratica il circuito di prova viene dimensionato in base all'esperienza.

Esecuzione del test dell'impulso
Il test viene eseguito con impulsi di fulmine standard di polarità negativa. Il tempo anteriore (T1) e il tempo al dimezzamento (T2) sono definiti in conformità alla norma.
Impulso di fulmine standard
Front time T1 = 1,2 μs ± 30%
Tempo al dimezzamento T2 = 50 μs ± 20%

In pratica, la forma dell'impulso può discostarsi dall'impulso standard durante il test di avvolgimenti a bassa tensione con elevata potenza nominale e avvolgimenti con elevata capacità di ingresso. La prova a impulso viene eseguita con tensioni di polarità negativa per evitare scariche elettriche irregolari nell'isolamento esterno e nel circuito di prova. Le regolazioni della forma d'onda sono necessarie per la maggior parte degli oggetti di prova. L'esperienza acquisita dai risultati dei test su unità simili o da eventuali calcoli preliminari può fornire indicazioni per la selezione dei componenti per il circuito di modellazione dell'onda.
La sequenza di prova consiste in un impulso di riferimento (RW) al 75% dell'ampiezza completa seguito dal numero specificato di applicazioni di tensione all'ampiezza completa (FW) (secondo IEC 60076-3 tre impulsi completi). L'attrezzatura per tensione eattualela registrazione del segnale è composta da registratore transitorio digitale, monitor, computer, plotter e stampante. Le registrazioni ai due livelli possono essere confrontate direttamente per l'indicazione dei guasti. Per la regolazione dei trasformatori viene testata una fase con il commutatore sotto carico impostato per la potenza nominalevoltaggioe le altre due fasi vengono testate in ciascuna delle posizioni estreme.

Collegamento del test ad impulso
Tutte le prove dielettriche verificano il livello di isolamento del lavoro. Il generatore di impulsi viene utilizzato per produrre quanto specificatovoltaggioonda d'impulso di 1,2/50 microsecondi. Un impulso ridottovoltaggiotra il 50 e il 75% della piena tensione di prova e successivi tre impulsi a piena tensione.

Per untrasformatore trifase, l'impulso viene effettuato su tutte e tre le fasi in successione.
La tensione viene applicata in successione su ciascuno dei terminali della linea, mantenendo gli altri terminali a terra.
Le forme d'onda di corrente e tensione vengono registrate sull'oscilloscopio e qualsiasi distorsione nella forma d'onda costituisce il criterio di guasto.