Isolamento del trasformatore

 

1.1 Definizione dell'isolamento

I materiali di isolamento del trasformatore si riferiscono ai materiali utilizzati all'interno e all'esterno del trasformatore. La funzione principale di questi materiali è isolare i componenti elettrici per prevenire la conduzione incontrollata della corrente tra avvolgimenti di diversi livelli di tensione, tra avvolgimenti e nucleo, tra avvolgimenti e involucro e tra avvolgimenti e altre parti conduttive. L'uso di materiali isolanti garantisce che il trasformatore possa funzionare in modo sicuro all'interno della gamma di sollecitazioni elettriche progettata, prevenendo la rottura elettrica, i cortocircuiti e altri guasti elettrici.

 

1.2 Funzione di isolamento

• Isolamento elettrico

I materiali isolanti impediscono cortocircuiti o guasti elettrici fornendo un percorso ad alta resistenza, che impedisce alla corrente di fluire da un componente elettrico a un altro o terra.

• Prestazioni di resistenza ad alta pressione

I materiali isolanti devono essere in grado di resistere all'alta tensione e alla sovratensione istantanea durante il funzionamento del trasformatore (come picchi di tensione causati da fulmini o operazioni di interruttore) senza rottura elettrica.

• Prestazioni di resistenza al calore

I trasformatori generano calore durante il funzionamento, quindi i materiali isolanti devono avere una resistenza di calore sufficiente per evitare degradazione o fallimento ad alte temperature.

• Protezione meccanica

I materiali isolanti devono anche fornire supporto meccanico e protezione per prevenire danneggiare gli avvolgimenti o altri componenti elettrici a causa di vibrazioni, shock o sollecitazioni esterne.

• Stabilità a lungo termine

I materiali isolanti dovrebbero avere buone prestazioni anti-invecchiamento ed essere in grado di mantenere le loro proprietà elettriche e meccaniche durante il funzionamento a lungo termine.

 

1.3 Tipo di isolamento

• Materiali isolanti avvolgenti: filo smaltato, filo rivestito di carta, nastro in fibra di vetro, ecc.

• Materiali isolanti principali: carta elettrica, resina epossidica, olio isolante

• Spacianti e materiali di supporto: Schede in legno pressato, schede in fibra di vetro epossidico

• Isolamento tra avvolgimenti: Documento isolante intersulativo, film in poliestere

• Materiale isolante finale: Manica isolante, isolamento finale

• Materiali isolanti al piombo: guaina isolante e nastro isolante

• Materiali isolanti aggiuntivi: nastro per mica, guarnizione resistente all'alta temperatura

• Accendi e isolamento strutturale: Schede di partizione isolanti, strisce di supporto isolante

• Olio isolante: Utilizzato principalmente nei trasformatori immessi di olio, ha un duplice scopo di raffreddamento e isolamento

• Isolamento esterno del trasformatore: Boccole in porcellana, utilizzate all'uscita di piombo ad alta tensione, fornendo isolamento elettrico e supporto meccanico

 

 

2.1 La definizione di livello di isolamento

Il livello di isolamento di un trasformatore si riferisce alla capacità del sistema di isolamento interno del trasformatore di resistere a sollecitazioni di tensione specifiche (come la tensione di frequenza di potenza, la tensione dell'impulso di fulmini o la tensione di funzionamento dell'interruttore) senza rottura elettrica. È un indicatore chiave per misurare la resistenza del trasformatore a sollecitazioni elettriche come guasti elettrici ed eventi di sovratensione (come fulmini e operazioni di interruttore) durante il funzionamento. Il livello di isolamento influisce direttamente sull'affidabilità, la sicurezza e la durata dei trasformatori.

 

2.2 L'elemento principale del livello di isolamento

• La capacità di tolleranza di sollecitazione elettrica

Lo scopo principale del livello di isolamento è garantire che gli avvolgimenti, il nucleo e altri componenti elettrici del trasformatore non si verifichino rottura, scariche parziali o altre forme di guasti elettrici se sottoposti a sollecitazioni elettriche.

• Le proprietà dei materiali isolanti

Il livello di isolamento è direttamente correlato alla qualità del materiale isolante. La resistenza dielettrica, la resistenza al calore, la resistenza all'invecchiamento, la resistenza all'umidità e altre proprietà del materiale determinano lo stress elettrico che il trasformatore può resistere.

• Progettazione dell'isolamento

Il livello di isolamento dipende anche dalla progettazione del trasformatore, compresa la selezione di materiali, spessore, metodo di layout, ecc. La progettazione di isolamento ragionevole può migliorare efficacemente il livello di isolamento dei trasformatori e garantire la stabilità del sistema di isolamento in condizioni di alta tensione e alta temperatura.

• L'affidabilità complessiva del sistema di isolamento

Il livello di isolamento non solo si riferisce alla capacità di tolleranza di un singolo materiale, ma include anche l'affidabilità dell'intero sistema di isolamento nella progettazione, produzione e funzionamento. Un sistema di isolamento di alta qualità può mantenere le sue prestazioni elettriche durante il funzionamento a lungo termine ed evitare il degrado delle prestazioni causato dall'invecchiamento o dai cambiamenti ambientali.

 

3.1 Garantire la sicurezza elettrica

Il livello di isolamento è un indicatore chiave per misurare se un trasformatore può funzionare in modo sicuro in diverse condizioni di sollecitazione elettrica, come la tensione di frequenza di potenza, la tensione dell'impulso di fulmini e la tensione dell'impulso operativo. Alti livelli di isolamento indicano che i trasformatori possono resistere a queste sollecitazioni senza guasto o corto circuito, garantendo così la sicurezza generale del sistema di alimentazione. L'affidabilità del sistema di isolamento è direttamente correlata al fatto che il trasformatore subisca interruzioni di corrente, danni alle apparecchiature o incidenti di potenza più gravi a causa di guasti elettrici.

 

3.2 Migliora l'affidabilità dei trasformatori

Durante il funzionamento, i trasformatori incontreranno varie sollecitazioni elettriche, come picchi di sovratensione e di tensione istantanea. Alti livelli di isolamento consentono ai trasformatori di mantenere il normale funzionamento quando si affrontano queste sfide, evitando fallimento dell'isolamento o scarico parziale. Ciò non solo migliora l'affidabilità del trasformatore, ma riduce anche i costi di manutenzione e sostituzione causati dall'arresto a causa dei guasti.

 

3.3 Estendi la durata di servizio

Durante il funzionamento, i trasformatori incontreranno varie sollecitazioni elettriche, come picchi di sovratensione e di tensione istantanea. Alti livelli di isolamento consentono ai trasformatori di mantenere il normale funzionamento quando si affrontano queste sfide, evitando fallimento dell'isolamento o scarico parziale. Ciò non solo migliora l'affidabilità del trasformatore, ma riduce anche i costi di manutenzione e sostituzione causati dall'arresto a causa dei guasti.

 

3.4 Risposta agli impatti ambientali

I trasformatori devono spesso operare in varie condizioni ambientali complesse, tra cui elevata umidità, elevata inquinamento, temperature estreme e altri ambienti. L'alto livello di isolamento consente al trasformatore di adattarsi a queste condizioni ambientali senza un calo delle prestazioni o del fallimento dell'isolamento. Ciò è particolarmente importante per i trasformatori che operano in ambienti difficili, come attrezzature di energia nelle aree costiere, zone industriali o regioni ad alta quota.

 

3.5 Resistere agli eventi inaspettati

Eventi improvvisi come fulmini e operazioni di interruttore possono esercitare una sollecitazione di tensione estremamente elevata sui trasformatori in un breve periodo di tempo. L'alto livello di isolamento del trasformatore può garantire che possa ancora funzionare normalmente in queste circostanze e non causerà la rottura dell'isolamento a causa di picchi di tensione istantanea. Ciò è cruciale per mantenere la stabilità della griglia elettrica, specialmente nelle aree con meteo estremo o frequenti operazioni della griglia elettrica.

 

3.6 Incontra gli standard e le specifiche

L'industria dell'energia ha standard rigorosi e requisiti normativi per il livello di isolamento dei trasformatori, come IEC (International Electrotechnical Commission) o Standard IEEE (Institute of Electrical ed Electronics Engineers). Alti livelli di isolamento possono garantire che i trasformatori siano conformi a questi standard internazionali, garantendo così la loro adattabilità e accettabilità nel mercato globale. Ciò non solo aiuta a garantire la conformità dei prodotti, ma fornisce anche una garanzia per l'applicazione di trasformatori in diversi paesi e regioni.

 

3.7 Ridurre i costi di manutenzione e funzionamento

I trasformatori con un alto livello di isolamento hanno meno guasti durante il funzionamento, il che significa meno requisiti di manutenzione e tempi di inattività, riducendo così i costi operativi. Inoltre, l'elevato livello di isolamento riduce anche i costi di manutenzione e sostituzione causati dall'invecchiamento o dall'invecchiamento dell'isolamento.

 

3.8 Supporto stabilità della griglia

I trasformatori sono attrezzature chiave nei sistemi di alimentazione e la loro stabilità operativa influisce direttamente sulla stabilità generale della rete elettrica. Un alto livello di isolamento può garantire che i trasformatori funzionino in modo sicuro e stabilmente per lungo tempo nella rete elettrica, riducono la reazione a catena causata dal fallimento delle apparecchiature e garantisce quindi la continuità e l'affidabilità dell'alimentazione.

 

3.9 Riepilogo

Il livello di isolamento di un trasformatore è cruciale per garantire la sicurezza, l'affidabilità, la durata dell'attrezzatura e la sua adattabilità a vari ambienti operativi. Progettando e producendo trasformatori con alti livelli di isolamento, le prestazioni complessive del sistema di alimentazione possono essere efficacemente migliorate, la durata delle attrezzature può essere prolungata e i costi di funzionamento e manutenzione possono essere ridotti. Questi vantaggi hanno consentito agli alti livelli di isolamento di occupare una posizione di base nella progettazione, nella produzione e nel funzionamento delle attrezzature e nella manutenzione dei sistemi di alimentazione.

 

4.1 Test di tensione applicata - Definizione

Il test di tensione applicato di un trasformatore, noto anche come test di resistenza alla frequenza di alimentazione, è una tensione di prova applicata a ciascun avvolgimento del trasformatore superiore alla sua normale tensione operativa. Per verificare la capacità di resistenza e l'affidabilità del suo sistema di isolamento in condizioni di tensione estrema. Questo tipo di test viene solitamente eseguito durante il processo di produzione e i test di accettazione in loco ed è uno dei mezzi importanti per garantire la sicurezza elettrica dei trasformatori nel funzionamento effettivo.

4.1.1 Test di tensione applicata - Scopo

• Verificare la forza dell'isolamento

Applicando una tensione superiore alla normale tensione operativa, verificare se il sistema di isolamento tra gli avvolgimenti del trasformatore, tra gli avvolgimenti e il nucleo e tra gli avvolgimenti e l'involucro ha una resistenza sufficiente per resistere al guasto elettrico

• Rilevare difetti di produzione

I test di tensione di resistenza esterna possono esporre possibili difetti di isolamento nel processo di produzione del trasformatore, come scarico parziale, deterioramento o danno dei materiali di isolamento. Questi difetti hanno maggiori probabilità di essere rilevati in condizioni ad alta tensione

• Garantire la sicurezza operativa

Attraverso i test di tensione di resistenza esterna, si assicura che il trasformatore possa funzionare in modo sicuro in condizioni di tensione normale e anormale durante la sua durata lavorativa, prevenendo danni alle attrezzature o interruzioni di corrente causate da guasti elettrici.

4.1.2 Test di tensione applicata - Panoramica del metodo

Il metodo di test di tensione applicata prevede l'applicazione di una tensione di prova superiore alla normale tensione operativa agli avvolgimenti del trasformatore, come il doppio della tensione, e la mantenimento per un minuto per verificare la resistenza e l'affidabilità del suo sistema di isolamento in condizioni di tensione estrema.

 

4.2 Impulso Lightning Responsabile del test-Definizione

Il test dell'impulso di fulmini è un metodo di prova che simula la capacità di resistenza del sistema di isolamento delle apparecchiature di alimentazione (come i trasformatori) in condizioni di sciopero dei fulmini. Questo test è importante per valutare se un trasformatore può evitare la rottura dell'isolamento quando colpito da un fulmine, garantendo la sicurezza e l'affidabilità del trasformatore.

4.2.1 Impulso Lightning Responsabile del test-Scopo

• Verificare la forza dell'isolamento

Applicando impulsi ad alta tensione che simulano gli attacchi di fulmini, viene testato se il sistema di isolamento del trasformatore può rimanere intatto in condizioni estreme per prevenire la rottura elettrica.

• Scopri potenziali difetti

Rilevare possibili difetti nel sistema di isolamento, come bolle, crepe o problemi di invecchiamento. Questi difetti potrebbero non essere visibili durante il normale funzionamento, ma possono causare guasti all'isolamento sotto fulmini.

• Garantire la sicurezza dell'attrezzatura

Assicurarsi che il trasformatore possa funzionare in modo sicuro in eventi di sciopero dei fulmini effettivi per evitare danni alle attrezzature o guasti del sistema di alimentazione causati da guasti all'isolamento.

4.2.2 Impulso Lightning Responsabile del test-Panoramica del metodo

Usando un generatore di tensione di impulso, viene applicata una tensione di impulso che simula i fulmini agli avvolgimenti del trasformatore. I test vengono generalmente condotti più volte (ad esempio, da 3 a 6 impatti di polarità positivi) e i test vengono eseguiti su terminali diversi. La forma d'onda di risposta del trasformatore viene monitorata attraverso apparecchiature come gli oscilloscopi per rilevare eventuali fenomeni anormali (come la scarica parziale e la rottura dell'isolamento). Registra il valore di tensione, la forma d'onda e la risposta di ciascun impatto.

 

4.3 Display della targhetta

• Livello dell'impulso di fulmini

È rappresentato dal simbolo Li e l'unità di tensione è KV

• Livello di tensione applicato

È rappresentato dal simbolo AC e l'unità di tensione è KV

Per esempio:

Un trasformatore di potenza da 80 MVA 132\/33kV

Alta tensione: Li\/AC 650\/275 KV

Punto neutro ad alta tensione: Li\/AC 325\/140KV

Bassa tensione: Li\/AC 170\/70 kV

 

 

4.4 standard

 

IEC	Ieee	CSA
IEC 60076-3-2013 Transformers Power - Parte 3 Livelli di isolamento, test dielettrici e autorizzazioni esterne nell'aria	IEEE C57.12. 00-2021	CSA C2. 1-06 (r2022)

 

 

5.1 SCUNSAZIONE CONSEDUZIONE RESPENA TENSIONE, SIL

• Definizione

La massima tensione che un trasformatore può resistere a condizioni di impatto di sovratensione causate da operazioni di interruttore, ecc. Rispetto all'impulso dei fulmini, la forma d'onda dell'impulso operativo è più lieve, ma la durata è più lunga.

• Funzione

Assicurarsi che il trasformatore possa funzionare stabilmente senza guasti di isolamento in condizioni di sovratensione causate dalle operazioni del sistema di alimentazione (come l'apertura e la chiusura degli interruttori di circuiti).

 

5.2 Livello di scarico parziale, PD

• Definizione

Lo scarico parziale si riferisce al fenomeno della rottura dielettrica parziale che si verifica all'interno o sulla superficie di un sistema di isolamento in condizioni di alta tensione, di solito non attraversando completamente la spaziatura degli elettrodi.

• Funzione

Misurando il livello di scarico parziale, possono essere rilevati potenziali difetti nei sistemi di isolamento, come bolle, crepe o invecchiamento del materiale per impedire a questi piccoli scarichi di svilupparsi in gravi guasti all'isolamento.

 

5.3 Resistenza all'isolamento IR

• Definizione

Misurare il valore di resistenza tra l'avvolgimento e il terreno o tra avvolgimenti diversi. Maggiore è la resistenza all'isolamento, migliore è il sistema di isolamento.

• Funzione

Il test di resistenza all'isolamento viene utilizzato per la manutenzione e l'ispezione quotidiane, contribuendo a valutare lo stato di salute e il contenuto di umidità del sistema di isolamento e prevenire il deterioramento dell'isolamento.

 

5.4 Fattore di dissipazione, Delta tan

• Definizione

Il fattore di perdita dielettrica (Tan Δ) rappresenta la perdita elettrica di materiali isolanti, riflettendo la perdita di energia dei materiali sotto l'azione di un campo elettrico.

• Funzione

Viene utilizzato per valutare le proprietà elettriche e il grado di invecchiamento di materiali isolanti. Un valore δ tan più elevato può indicare l'invecchiamento o i difetti nel sistema di isolamento.

 

5.5 Classe termica

• Definizione

La temperatura massima che i materiali isolanti possono resistere per un lungo periodo di tempo è generalmente indicata da diversi gradi di lettere (come A, B, F, H), corrispondenti a diverse temperature massime consentite.

• Funzione

Viene utilizzato per la selezione e la progettazione di materiali isolanti per garantire che i materiali non perdano le prestazioni isolanti alla temperatura operativa prevista.

 

5.6 Test di aumento della temperatura

• Definizione

Misurare l'aumento della temperatura degli avvolgimenti, del nucleo e del sistema di isolamento del trasformatore quando funziona al carico nominale

• Funzione

Assicurarsi che il trasformatore non abbia un invecchiamento accelerato o il fallimento di materiali isolanti a causa del surriscaldamento in condizioni operative normali.

 

5.7 Distanza e autorizzazione

• Definizione

La distanza di scricchiolio è la distanza più breve tra due parti conduttive lungo una superficie isolante e il gioco elettrico è la distanza più breve attraverso la quale l'aria passa tra due parti conduttive.

• Funzione

Garantire una distanza di scricchiolio sufficiente e l'autorizzazione elettrica può impedire la scarica superficiale e la rottura dell'aria e garantire la sicurezza del trasformatore in ambienti umidi o inquinati.

 

5.8 Olio isolante

• Definizione

Include indicatori come la tensione di rottura, il valore dell'acido e il contenuto di umidità, che riflettono le prestazioni dell'isolamento e la stabilità dell'olio isolante.

• Funzione

La qualità dell'olio isolante ha un impatto diretto sul livello di isolamento complessivo del trasformatore. Il monitoraggio regolare degli indicatori di prestazione dell'olio isolante può prevenire guasti elettrici.

 

Questi parametri coprono tutti gli aspetti del sistema di isolamento del trasformatore, dalle proprietà del materiale alla progettazione generale. Attraverso test e valutazioni complete, assicura che il trasformatore abbia livelli di isolamento sufficienti in varie condizioni di lavoro, garantendo così il suo funzionamento sicuro e affidabile. Ogni parametro riflette un aspetto specifico del sistema di isolamento. Integrando questi indicatori, il livello di isolamento del trasformatore può essere valutato in modo completo, garantendo la sua stabilità e sicurezza nel sistema di alimentazione.