1. Introduzione
Il test dell'impulso di fulmine è un tipo dielettrico obbligatorio e un test di routine che dimostra che un trasformatore di potenza può resistere a picchi di tensione ripidi e di elevata entità causati da fulmini e operazioni di commutazione su un sistema di trasmissione aereo. Per un trasformatore di potenza da 15 MVA, il sistema di isolamento deve essere verificato rispetto al livello di impulso di base specificato (BIL), che per questa unità è 170 kV di picco. Questo articolo descrive la configurazione del test, la forma d'onda applicata, l'interpretazione degli oscillogrammi registrati e i criteri di accettazione utilizzati per confermare l'integrità dell'isolamento dell'avvolgimento.
2. Valori nominali del trasformatore e tensioni di prova
Il dispositivo in prova è un trasformatore step-down trifase immerso in olio e raffreddato da ONAN. Di seguito sono riepilogati i principali dati di targa e le relative tensioni di prova dielettriche. Il BIL di 170 kV viene applicato come impulso di fulmine a onda intera, mentre i valori di tenuta all'impulso di commutazione e alla frequenza industriale confermano il coordinamento generale dell'isolamento.
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Parametro |
Valore |
Norma / Nota |
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Potenza nominale |
15 MVA |
Raffreddamento ONAN / ONAN |
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Tensioni nominali (AT / BT) |
110 kV/33 kV |
Trifase, 50 Hz |
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Livello di impulso di base (BIL) |
170 kV |
Onda intera, 1,2/50 µs |
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Tensione di prova LI (picco) |
170 kV |
IEC 60076-3 / IEC 60060-1 |
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Impulso ad onda spezzata |
187 kV (170 × 1,10) |
Cresta non inferiore a 170 kV |
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Impulso di commutazione (SI) |
117 kV |
250/2500 µs |
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Tenuta alla tensione applicata |
5,5 kV/95 kV |
Emozionante-avvolgimento/indotto |
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Resistenza alla frequenza industriale |
140 kV efficace |
AC da fonte separata |
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Generatore di impulsi |
600 kV, 20 kJ |
Generatore Marx a 8 stadi |
Tabella 1 - Valori nominali di targa e tensioni di prova dielettriche per il trasformatore da 15 MVA.
3. Standard oggettivi e applicabili
L'obiettivo è dimostrare che l'isolamento del trasformatore può resistere al BIL specificato senza rotture e rilevare eventuali debolezze dell'isolamento interno. Il test viene eseguito in conformità alle norme IEC 60076-3 (Trasformatori di potenza - Livelli di isolamento, prove dielettriche) e IEC 60060-1 (Tecniche di prova ad alta tensione). Un sistema digitale di misurazione degli impulsi registra la tensione e la corrente transitoria attraverso il neutro, producendo gli oscillogrammi utilizzati per la valutazione.
4. Testare la configurazione e il circuito
L'impulso viene generato da un generatore Marx multistadio da 600 kV / 20 kJ e applicato al terminale ad alta tensione (HV). Il neutro è messo a terra tramite uno shunt di corrente a bassa induttanza e l'avvolgimento BT è cortocircuitato e messo a terra. Un partitore di tensione capacitivo smorzato fornisce il segnale di tensione al registratore digitale. La disposizione essenziale è:
Generatore di impulsi: Marx a 8 stadi, resistori di modellazione del fronte d'onda che producono un'onda standard da 1,2/50 µs.
Divisore di tensione: divisore capacitivo smorzato, calibrato secondo IEC 60060-2.
Misurazione della corrente: shunt a bassa induttanza sul neutro per la registrazione delle correnti transitorie.
Registrazione: registratore digitale, frequenza di campionamento maggiore o uguale a 100 MS/s, per una cattura anticipata accurata.
Sequenza: un'onda calibrata, poi tre onde intere a 170 kV, polarità negativa.
5. Forma d'onda e parametri dell'impulso
L'impulso del fulmine standard ha un tempo del fronte virtuale di 1,2 µs e un tempo al dimezzamento di 50 µs (designato 1,2/50 µs). Gli oscillogrammi registrati devono essere analizzati per il valore di picco, il tempo anteriore e il tempo fino alla metà del valore. Deviazioni come superamento, oscillazione o un'onda di coda distorta possono indicare risonanza dell'avvolgimento o rottura parziale.
Valore di picco: 170 kV ± 3% di tolleranza consentita.
Tempo anteriore T1: 1,2 µs ± 30 %.
Tempo per raggiungere il dimezzamento T2: 50 µs ± 20 %.
Polarità: negativa (come specificato dalla norma).
6. Interpretazione degli oscillogrammi
Gli oscillogrammi sono la prova principale dell'integrità dell'isolamento. Un trasformatore sano produce un'onda di tensione uniforme, a picco singolo e una corrispondente traccia di corrente neutra costituita da un forte picco capacitivo iniziale seguito da oscillazioni basse e decadenti. Il confronto viene effettuato con un'onda di riferimento a tensione ridotta (tipicamente il 50–75% del BIL completo). Vengono valutate le seguenti firme:
*Registrazione normale: forma d'onda invariata rispetto al riferimento; nessun crollo improvviso della tensione.
*Rottura dell'isolamento dell'avvolgimento: improvvisa caduta di tensione o onda interrotta seguita da un'elevata corrente sostenuta.
*Scarica parziale/guasto da una svolta all'altra - distorsione della coda e aumento dell'oscillazione ad alta frequenza.
*Onda spostata o smorzata - possibile guasto di impedenza in serie o shunt; richiede un'indagine.
7. Criteri di accettazione
Il test è considerato positivo quando tutte e tre le onde complete a 170 kV non mostrano segni di rottura. Gli oscillogrammi correnti devono avere una forma identica al record di riferimento, a parte il ridimensionamento dell'ampiezza previsto. Qualsiasi cambiamento che ecceda la tolleranza al rumore, sia nella tensione che nella traccia di corrente, richiede la ripetizione del test e, se confermato, l'ispezione interna dell'avvolgimento.
La prova dell'impulso atmosferico a 170 kV BIL fornisce una verifica decisiva della resistenza dell'isolamento del trasformatore da 15 MVA. Combinando un controllo rigoroso della forma d'onda con un'attenta analisi degli oscillogrammi registrati, i produttori e i servizi di pubblica utilità possono confermare che il trasformatore resisterà in modo affidabile alle sovratensioni da fulmine in servizio e soddisferà i requisiti della norma IEC 60076-3.