Guasti elettrici verso terra nei trasformatori: cause, effetti e metodi di protezione

I trasformatori sono fondamentalmente la spina dorsale di molti sistemi di alimentazione. Spostano l'energia elettrica in modo efficiente-soprattutto quando si aumenta o diminuisce la tensione. Ma anche se i trasformatori sono robusti, non sono invincibili. Un problema che gli operatori non vogliono assolutamente affrontare sono i guasti elettrici a terra-perché quando si verificano possono essere dannosi e pericolosi.

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Un guasto elettrico a terra si verifica quando un conduttore sotto tensione entra in qualche modo in un contatto involontario con qualcosa messo a terra-come il serbatoio del trasformatore, il nucleo o un collegamento a terra/massa.

Quando ciò accade, ottieni un percorso corrente anomalo. E a seconda della gravità (e della velocità con cui viene rilevato), può portare a:

danni alle apparecchiature,

interruzioni,

archi elettrici o surriscaldamento,

e reali rischi per la sicurezza delle persone vicine.

Nei trasformatori, i guasti elettrici a terra possono verificarsi in luoghi diversi-come l'avvolgimento primario, l'avvolgimento secondario o anche all'interno del sistema di isolamento interno. Se viene ignorato o rilevato troppo tardi, le cose possono passare da "problema" a "riparazione importante" abbastanza rapidamente.

Esistono alcuni motivi tipici per cui si verificano guasti elettrici a terra. Alcuni sono graduali, altri sono improvvisi e brutti:

1. Deterioramento dell'isolamento

L'isolamento del trasformatore invecchia lentamente a causa del calore, dell'esposizione all'umidità e dello stress elettrico. Nel corso del tempo, l'isolamento potrebbe indebolirsi abbastanza da consentire ai conduttori di iniziare a "trovare" percorsi verso terra.

2. Contaminazione da umidità

L'umidità è un grosso problema. Quando l'acqua penetra nel trasformatore (spesso a causa di perdite o cattiva gestione), riduce la resistenza dell'isolamento e rende molto più probabile la rottura.

3. Danni meccanici

A volte non è affatto elettrico-è fisico. Vibrazioni, danni dovuti al trasporto o forze meccaniche derivanti da cortocircuiti-possono danneggiare l'isolamento degli avvolgimenti e creare un percorso verso terra.

4. Eventi di fulmini e sovratensioni

I fulmini e le sovratensioni di commutazione possono sollecitare l'isolamento oltre ciò che può tollerare. Anche se il trasformatore sopravvive, ripetuti eventi di stress possono portare l’isolamento verso il cedimento.

5. Difetti di fabbricazione

Questa non è la causa più comune, ma può succedere. Un difetto nei materiali isolanti o nella qualità dell'assemblaggio può eventualmente causare unguasto elettrico a terradopo che il trasformatore è in servizio.

Siamo onesti: anche un "piccolo" guasto elettrico a terra merita di essere preso sul serio. Gli effetti possono variare da fastidiosi a catastrofici.

Ecco cosa può succedere:

Dato che i trasformatori sono risorse costose e-di lunga durata, in genere è meglio indagare immediatamente anziché "aspettare e vedere".

I moderni schemi di protezione sono progettati per rilevare tempestivamente i guasti elettrici a terra e isolare il trasformatore prima che il danno diventi troppo grave. Gli approcci comuni includono:

Protezione differenziale

I relè differenziali confrontano le correnti in entrata e in uscita. Se si verifica una mancata corrispondenza oltre una soglia impostata, ciò può segnalare un guasto interno-incluso un guasto a terra.

Relè di guasto a terra

Questi relè monitorano il flusso di corrente anomalo verso terra. Quando i valori sembrano errati, il relè fa scattare l'interruttore per proteggere il trasformatore.

Resistori di messa a terra neutra

I resistori di messa a terra del neutro limitano la corrente di guasto. Ciò aiuta a ridurre i danni alle apparecchiature e consente comunque al sistema di protezione di svolgere il proprio lavoro.

Monitoraggio dell'isolamento

Il monitoraggio continuo è importante. Test come le misurazioni della resistenza di isolamento e l'analisi dei gas disciolti (DGA) possono rivelare lo sviluppo di problemi di isolamento prima che si verifichi completamente un guasto elettrico a terra.

Protezione contro le sovratensioni

Gli scaricatori di sovratensione aiutano a proteggere il trasformatore dai fulmini e dai transitori di commutazione-in pratica dando all'isolamento una possibilità di combattere.

Se chiedi alla maggior parte degli ingegneri dell'affidabilità cosa funziona meglio, di solito ti risponderanno: manutenzione e monitoraggio. Nessun trucco magico-solo uno sforzo costante.

Le buone pratiche di prevenzione in genere includono:

ispezioni di routine (condizioni del serbatoio, terminazioni, collegamenti di messa a terra),

monitorare le condizioni dell'olio e i relativi indicatori,

test periodici di isolamento,

e la revisione dei risultati diagnostici come le tendenze DGA.

Individuare tempestivamente il degrado dell'isolamento può ridurre drasticamente il rischio di guasti a terra ed evitare costosi guasti in seguito.

I guasti elettrici a terra sono gravi e di solito non migliorano da soli. Possono essere attivati ​​da guasti all'isolamento, infiltrazioni di umidità, danni meccanici o sovratensioni elettriche come fulmini e eventi di commutazione.

La buona notizia? Con i giusti sistemi di protezione in atto-e una solida routine di manutenzione preventiva-gli operatori possono rilevare i problemi prima, limitare i danni, migliorare la sicurezza e contribuire a prolungare la vita del trasformatore. Insomma:monitorare in anticipo, rispondere rapidamentee non ignorare i segnali.

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