Gestione e trasporto di trasformatori

Danni che possono verificarsi e come identificarli

I trasformatori possono danneggiarsi seriamente in caso di condizioni di trasporto difficili, ad esempio se il mare è agitato durante il trasporto via nave o una strada sconnessa durante il trasporto su gomma. È risaputo che queste condizioni di trasporto causano vibrazioni e piccoli colpi sugli imballaggi e sulle apparecchiature; è anche risaputo che se l’imballaggio e il fissaggio delle apparecchiature non vengono eseguiti in modo adeguato, la portata di tali vibrazioni e colpi può causare dei danni non visibili che, a loro volta, possono portare a un malfunzionamento dell’apparecchiatura.[1,2]

Va sottolineato che questo testo non intende essere un documento approfondito su questi problemi, poiché sono conosciuti da tutti. Tuttavia, purtroppo è ancora frequente
che i trasformatori giungano a destinazione con danni visibili e/o nascosti causati da procedure errate di imballaggio, movimentazione o trasporto. Pertanto, l’articolo intende ripetere questi problemi e sensibilizzare sulle procedure che hanno lo scopo di prevenire che accadano.

Per questo motivo, non si insisterà mai abbastanza sull’importanza di richiamare l’attenzione di costruttori, società logistiche e di trasporti, imprenditori e proprietari di trasformatori su questo problema e sulle relative conseguenze. Per prevenire le situazioni che causano danni e distruzione, devono essere eseguiti alcuni test specifici durante le prove di accettazione in fabbrica (Factory Acceptance Test, FAT), ad esempio quelli definiti nelle norme IEC 60076-1 [3], IEEE C57.12.90 [4], IEEE C57.152 [5] e IEC 60137 [6], per poi ripeterli in occasione delle prove di accettazione sul posto (Site Acceptance Test, SAT) ogni volta che le condizioni di movimentazione e trasporto sono caratterizzate da possibili danni potenziali.

Le seguenti prove specifiche sono consigliate a tale scopo:

• Misurazione dell’analisi di risposta in frequenza (Sweep Frequency Response Analysis, SFRA)
• Misurazione di 8 (perdite dielettriche) degli isolatori passanti
• Determinazione delle capacità tra gli avvolgimenti e tra gli avvolgimenti e la terra
• Misurazione della resistenza di isolamento CC tra gli avvolgimenti e tra gli avvolgimenti e la terra
• Misurazione della resistenza di isolamento CC tra il nucleo e la terra e tra il telaio del nucleo e la terra
• Prove di corrente di eccitazione monofase
• Prove di bilanciamento magnetico

La movimentazione e il trasporto dei trasformatori possono causare dei danni interni agli stessi e ai relativi componenti, che a volte possono portare addirittura al guasto del trasformatore

I risultati ottenuti durante le prove FAT e SAT vanno confrontati tra loro per trarre delle conclusioni su possibili danni ai trasformatori. Il presente articolo fa riferimento alle norme IEC e IEEE, ma si incentra principalmente sulle norme IEC poiché sono internazionali e utilizzate in tutto il mondo, al contrario delle norme IEEE che sono statunitensi e usate unicamente in alcuni Paesi.

Problemi e danni

I trasformatori a elevata potenza nominale e per tensioni superiori a 123 kV normalmente vengono trasportati privi d’olio (il serbatoio viene riempito di azoto o aria secca) e senza gli isolatori passanti, il conservatore e l’apparecchiatura di raffreddamento. Gli urti meccanici superiori ai limiti di progettazione o pari a circa 3 g (g indica l’accelerazione gravitazionale pari a circa 9,8 m/s2, e 3 g rappresenta la forza equivalente a tre volte l’accelerazione gravitazionale) possono causare i seguenti danni visibili e/o nascosti ai trasformatori:

• I danni visibili comprendono, ma non si limitano a: graffi sul rivestimento superficiale protettivo e sulla finitura del serbatoio, che si tratti di semplice zincatura a caldo o verniciatura, che prima o poi causeranno una corrosione (vedere la Figura 1), perdite di azoto, scaglie e fessurazioni esterne, anche contaminazione, negli isolatori passanti.
• I danni nascosti più comuni all’interno del trasformatore che possono avere un impatto negativo sulla sua affidabilità e le cui conseguenze possono risultare chiare soltanto in seguito a un periodo indefinito

Al momento dell’accensione, comprendono:

• Deformazione della geometria dell’avvolgimento/del nucleo. A causa del movimento della parte attiva, l’isolamento tra le anse può essere rimosso, causando un cortocircuito e danni agli avvolgimenti, che possono verificarsi successivamente durante il funzionamento;
• Perdita della pressione di serraggio della bobina. Le vibrazioni meccaniche possono far perdere la pressione di serraggio agli avvolgimenti, con possibile conseguente collasso degli avvolgimenti in caso di guasti elettrici;
• Contaminazione dell’olio (derivante dal deterioramento dell’isolamento degli avvolgimenti);
• Il gioco di sicurezza tra il serbatoio e la parte attiva potrebbe essere compromesso;
• Messa a terra non intenzionale del nucleo o del telaio del nucleo che può causare gassificazione durante il funzionamento.

Oltre ai danni materiali, un imballaggio errato e determinate procedure di trasporto
possono causare altri tipi di danni, vale a dire la contaminazione dell’olio o dell’isolamento degli avvolgimenti con acqua, umidità, polvere e altri contaminanti. Queste contaminazioni porteranno a un invecchiamento precoce dei materiali isolanti, la cui rigidità dielettrica si ridurrà con conseguente diminuzione della durata del trasformatore e/o guasti gravi.

Per controllare se i trasformatori hanno subito degli impatti meccanici eccessivi, è consigliabile utilizzare dei registratori d’urti durante
il relativo trasporto per valutare la portata di tali urti meccanici (Figura 2).

Prove atte a rilevare i danni meccanici

La norma IEC 60076-1 [3] definisce le prove specifiche che possono essere utilizzate per identificare i danni potenziali derivanti da impatti meccanici eccessivi o alcuni tipi di contaminazione; tali prove comprendono:

• Misurazione dell’analisi di risposta in frequenza (Sweep Frequency Response Analysis, SFRA)
• Misurazione della tangente (perdite dielettriche) degli isolatori passanti
• Determinazione delle capacità tra gli avvolgimenti e tra gli avvolgimenti e la terra
• Determinazione della resistenza di isolamento CC tra gli avvolgimenti e tra gli avvolgimenti e la terra
• Inoltre, questa norma definisce le procedure di collaudo e i criteri di accettazione.

Per valutare la possibilità di fessurazioni interne o contaminazione degli isolatori passanti dei trasformatori, deve essere eseguita la prova tan delta per rilevare le perdite dielettriche del materiale isolante, noto anche come fattore di dissipazione. Tuttavia, mentre la corrente che passa attraverso un isolatore ideale è totalmente capacitiva (Jc), gli isolatori reali non hanno una purezza del 100%. Ciò significa che la corrente che attraversa l’isolatore ha anche un componente resistivo (resistenza di isolamento IR), che indica che l’isolatore è caratterizzato da perdite che sono rappresentate da tan 8, c5, vale a dire l’angolo indicato nella Figura 3.

La corrente resistiva deriva da impurità o danni nell’isolatore e la rigidità dielettrica è inversamente proporzionale
a questa corrente.

Quindi, con l’aumentare della resistenza di isolamento (IR), anche le perdite aumenteranno, con conseguente diminuzione della rigidità dielettrica dell’isolatore.

Comunicato stampa: rivista Transformers