RILEVAMENTO DEL RUMORE NELLE INSTALLAZIONI ISOLATE IN OLIO MINERALE

In questo tipo d’installazioni, come trasformatori, un rilevatore di ultrasuoni viene immerso nell’olio minerale isolante per poter rilevare le scariche parziali. Di solito, l’ampiezza di banda è amplificata fino ai 300 kHz, non sopra poiché l’attenuazione diventerebbe prevalente. I segnali sono osservati in un oscilloscopio con tempo base di 50 o 60 Hz, in questo modo possono essere rilevati gli impulsi acustici ed osservare se sono sincroni con la tensione del test e conseguentemente se sono causati da scariche parziali. La sensibilità di questo strumento è limitata, infatti se le scariche parziali avvengono nell’olio allora la sensibilità è intorno ai 10 pC, altrimenti i segnali acustici provenienti da parti del dielettrico profonde sono attenuati grandemente, cosicché il range minimo rilevabile va dai 500 ai 1000 pC.

Resta fermo il fatto che con tutti i metodi non-elettrici l’ampiezza delle scariche non può essere rilevata, tuttavia questi stessi metodi hanno il grosso vantaggio di non essere affetti da disturbi esterni, cosicché possono essere ottenuti ottimi risultati nell’escludere il rumore elettrico sottostante. Per questa ragione, il rilevamento acustico è usato per monitorare l’andamento delle scariche parziali durante il servizio. I segnali elettrici prodotti da commutazioni, effetto Corona, sovratensioni di varia origine, ecc , non interferiscono con questo tipo di test, cosicché si ottiene una rilevazione attendibile sebbene non sensibile.

3.1.3.1 LOCALIZZAZIONE

Il rilevamento acustico può essere usato per localizzare le scariche parziali in dispositivi usati in alta tensione. Si usano diversi trasduttori per volta e il sito di scarica è calcolato facendo una triangolazione. Chiaramente data la complessità dei dispositivi in prova non c’è sempre attendibilità sulla reale localizzazione delle scariche parziali.

3.1.3.2 CONDENSATORI

I condensatori isolati in olio con capacità di diversi µF possono essere testati usando dei trasduttori ultrasonici appoggiati alla cassa d’acciaio dei medesimi, usando olio siliconico o glicerina per fare un accoppiamento acustico. La sensibilità della rilevazione è sui 20 pC. Il vantaggio di rilevazione del rumore, comunque, non è sempre chiaro e così pure la sensibilità del trasduttore acustico, che ad esempio per capacità sui 100 µF può essere più piccola di 10 pC. Il metodo acustico può essere usato assieme alla rilevazione del segnale elettrico, che, se sono entrambi nella stessa direzione, mi daranno la sicurezza della presenza in quella direzione di scariche parziali e quindi di siti di scarica.

3.1.3.3 ISOLAMENTO SOLIDO

La relativa breve distanza tra la superficie del cavo e il conduttore centrale può aiutare nella localizzazione delle scariche parziali con il metodo acustico. Verranno posti dei microfoni ultrasonici sulla superficie del cavo, accoppiati alla medesima con uno strato di glicerina in modo da attenuare eventuali oscillazioni acustiche dovute alle scariche parziali e all’elasticità del dielettrico frapposto.

Lo spettro di frequenza del segnale ha un massimo alla frequenza:

s m f     2 1 (3.1)

dove m è la massa del microfono ed

s l

è l’elasticità della colonna di materiale isolante sotto il microfono.

Figura 3.1.3.3(1): Circuito di rilevazione del rumore con amplificatore a banda stretta con frequenza centrale variabile

Fonte: Partial Discharge Detection in High-Voltage Equipment – F.H. Kreuger 1989

In pratica la frequenza caratteristica è dell’ordine dei 2 kHz; è stato verificato che , variando il peso del microfono ultrasonico di un fattore 4, a parità di taratura del microfono ultrasonico, si è presentata una frequenza del segnale acustico dovuto alle scariche parziali di due volte più bassa rispetto a quella originale, in accordo con quanto ci si aspetta solitamente.

La figura 3.1.3.3(1) mostra uno schema di principio su come si conduce una misura o rilevazione acustica di scariche parziali su di un cavo per energia.

Un microfono ultrasonico viene accoppiato alla superficie del cavo con l’ausilio di glicerina od olio siliconico, in modo da favorire la trasmissione dell’onda sonora, poi il segnale acustico viene trasdotto in un segnale elettrico ed inviato ad un amplificatore a banda stretta sintonizzato sulla frequenza caratteristica del sistema.

Le oscillazioni smorzate causate dalle scariche parziali sono successivamente visualizzate su di un oscilloscopio analogico o digitale se si vogliono memorizzare ed elaborare in seguito.

Chiaramente muovendo lungo il cavo il microfono ultrasonico avremmo, in corrispondenza del difetto, un picco massimo.

Figura 3.1.3.3(2): Diagramma di variazione del segnale di rumore lungo un cavo Fonte: Partial Discharge Detection in High - Voltage Equipment - F.H. Kreuger 1989

Figura 3.1.3.3(3): Diagramma di variazione del segnale di rumore lungo un cavo Fonte: Partial Discharge Detection in High-Voltage Equipment – F.H. Kreuger 1989

Questo diagramma disegnato in figura 3.1.3.3(2), ci mostra l’andamento del segnale acustico dovuto alle scariche parziali muovendo il microfono ultrasonico attorno al cavo. Se il microfono ultrasonico è posizionato direttamente sul conduttore, il segnale acustico minimo rilevabile è di 5 pC, comunque gli strati di materiale conduttore attenuano grandemente il segnale acustico.

Ad esempio uno strato conduttivo di carta carbone attenua i segnale 2 volte, mentre uno strato di piombo di 1 mm lo può attenuare 10 volte.

Conseguentemente una sensibilità di circa 100 pC sul terminale di un cavo è il meglio che si può ottenere.

Pertanto i disturbi creati dal movimento del microfono lungo e attorno al cavo sulla sua superficie provocano numerosi svantaggi, quindi il metodo non si presta bene ad un uso quotidiano.

Lo stesso metodo può essere usato per rilevare e localizzare le scariche parziali in avvolgimenti di macchine elettriche con una sensibilità di 50 pC circa; è anche un buon metodo per localizzare scariche parziali sugli accessori per i cavi per energia.

3.1.3.4 ISOLANTI IN GAS COMPRESSO

Nelle sottostazioni elettriche isolate in gas compresso, le scariche parziali potrebbero avvenire come effetto Corona sulle punte non volute, come scariche parziali superficiali lungo gli isolatori o come scariche parziali interne agli isolatori stessi.

Le scariche parziali interne sono però difficili da misurare, ma König ha dimostrato che stimolando artificialmente delle scariche parziali superficiali sulla superficie dell’isolante, la sensibilità di una misura si aggira sui 25 pC e il sito di scarica viene localizzato in un’area di 300 mm.

3.1.3.5 CONCLUSIONI

Il vantaggio del rilevamento acustico delle scariche parziali è quello per cui queste osservazioni possono essere fatte in presenza di un ampio rumore elettrico sottostante; inoltre un ragionevole grado di siti di scarica può essere ottenuto muovendo il trasduttore ultrasonico attorno all’oggetto in prova.

Lo svantaggio è la non possibilità di misurare l’ampiezza delle scariche parziali e una sensibilità sufficiente, di solito 100 pC o superiore.