Per velocizzare il progetto, è possibile etichettare le pile di laminazione con dettagli quali tolleranza, materiale, finitura superficiale, se è necessario o meno un isolamento ossidato, quantitàe altro ancora.
Quando un trasformatore o un generatore funziona, il primo posto in cui molti ingegneri esperti cercano i problemi sono i giunti del nucleo. Questi subdoli laminazione Le giunzioni - giunti a T, angoli smussati, gradini - sono i punti in cui il flusso cambia direzione, le lacune sono più difficili da controllare e dove i punti caldi locali "misteriosi" amano apparire sulla termografia.
In questo articolo illustreremo perché Come si verificano questi punti caldi, come si distingue una "innocua zona calda" da un vero e proprio guasto del nucleo e quali sono le pratiche di progettazione, produzione e O&M che li prevengono, non solo sulla carta, ma anche sul campo.
In un giunto di laminazione, il flusso magnetico è costretto a girare l'angolo e a saltare da una pila di acciaio all'altra. Nelle giunzioni a T dei trasformatori trifase, diversi flussi magnetici sono addirittura sommare in una regione condivisa, che spinge la densità di flusso locale al di sopra della media del nucleo.
Le ricerche condotte sui nuclei dei trasformatori di distribuzione mostrano che le perdite localizzate in alcune regioni dei giunti a T possono essere significativamente più elevate della perdita media del nucleo, soprattutto in prossimità dei bordi interni dei giunti di testa, dove si verificano affollamenti di flusso e angoli di flusso sfavorevoli. Questa perdita extra si trasforma direttamente in calore, per cui la telecamera IR "vede" un punto caldo anche quando il carico di targa è buono.
Prima di dare la colpa alla produzione o alla manutenzione, è utile visualizzare cosa fa la fisica in un giunto. In un nucleo laminato perfetto:
La realtà è più complicata. In un giunto a T o in un angolo smussato:
Quindi, anche se le perdite di targa sembrano buone, le giunzioni sono il punto in cui la fisica rende il margine più sottile, ed è per questo che i difetti si manifestano per primi come punti caldi.
Colleghiamo la fisica a ciò che si vede effettivamente durante la produzione, il collaudo o il funzionamento.
Di seguito è riportata una "mappa del campo" compatta delle cause più comuni alla base dei punti caldi localizzati in prossimità dei giunti di laminazione e del modo in cui tendono a manifestarsi.
| Categoria della causa principale | Meccanismo al giunto di laminazione | Indizi di campo che si vedono | Tipica soluzione/prevenzione |
|---|---|---|---|
| Affollamento del flusso e progettazione dei giunti | Una progettazione inadeguata del giunto a T o dell'angolo, una sovrapposizione insufficiente o una geometria a gradini causano picchi locali di B e angoli di flusso sfavorevoli. | Punto caldo ripetibile in corrispondenza dello stesso giunto su più unità dello stesso progetto; la temperatura scala fortemente con la tensione (V/Hz) | Ottimizzare la geometria del giunto (step-lap, angolo di taglio, lunghezza di sovrapposizione), ridurre la densità del flusso operativo, migliorare la modellazione FEM dei giunti a nucleo |
| Corti di laminazione / rivestimento danneggiato | Bave, graffi, lastre deformate o rivestimento mancante creano percorsi conduttivi inter-laminazione; la regione si comporta come una lastra solida più spessa | Punto caldo localizzato che può crescere nel tempo; il test EL CID / core test mostra un segnale elevato localizzato; a volte lucentezza metallica o scolorimento all'interno del nucleo | Controllo stretto delle bave, sbavatura, punzonatura controllata; mantenimento dell'integrità del rivestimento; rettifica e ispezione del core-back; scarto o rilavorazione di pile danneggiate |
| Giunti disallineati o con spazi vuoti | Scarso accatastamento, step-lap non uniformi, traferro extra lungo il giunto di testa; flusso costretto in "ponti" stretti con B più alto e componente di flusso normale | Fascia calda lungo una giunzione piuttosto che in un singolo punto; nessun cambiamento importante nella perdita globale del nucleo ma temperatura locale anormale | Migliori dispositivi di impilaggio e automazione, coppia di bulloni costante, riempimento magnetico delle fessure, migliori tolleranze dimensionali sulle laminazioni |
| Messa a terra del nucleo a più punti | Correnti circolanti nel nucleo a causa di più di un punto di massa; le correnti si concentrano in prossimità di giunti e contatti strutturali. | Elevata corrente di messa a terra del nucleo (>100 mA), gas termici DGA, striature calde in prossimità dei morsetti del nucleo o delle uscite dei conduttori | Applicare una rigorosa messa a terra del nucleo a punto singolo, ispezionare e rimuovere le messe a terra non intenzionali, considerare una resistenza in serie temporanea durante la pianificazione dell'interruzione. |
| Flusso disperso nelle parti strutturali | Il flusso di dispersione nei giunti e nelle estremità induce correnti parassite nei morsetti, nelle piastre di collegamento, nella parete del serbatoio, ecc. | Il punto caldo non è esattamente sul nucleo, ma sul morsetto/serbatoio vicino al giunto; tende a peggiorare con carichi/correnti più elevati | Aggiungere shunt magnetici, schermi di rame o deviatori di flusso; riposizionare o riprogettare i pezzi metallici in prossimità di aree ad alto flusso. |
| Problemi di raffreddamento e di flusso d'olio/aria | Condotti ostruiti, sacche d'olio stagnante vicino al giogo superiore o agli arti; una regione del giunto con perdite leggermente superiori si surriscalda perché non riesce a disperdere il calore | L'aumento della temperatura è molto più alto di quanto previsto per un modesto aumento delle perdite; l'IR mostra zone più calde più ampie | Pulire e verificare i condotti di raffreddamento, mantenere la qualità e il livello dell'olio, garantire che le apparecchiature di raffreddamento forzato funzionino come previsto. |
| Armoniche, sovraeccitazione, polarizzazione DC | Il flusso non sinusoidale e gli elevati V/Hz spingono i giunti verso la saturazione; la perdita di ferro aumenta prima nelle regioni ad alta B | I punti caldi compaiono durante le condizioni anomale della rete, l'iniezione di armoniche o gli eventi di overfluxing; l'andamento è correlato a V/Hz e THD | Applicare i limiti V/Hz, installare una protezione da sovraeccitazione, ridurre l'iniezione di armoniche (filtri, regolazione STATCOM) |
| Oggetti estranei e contaminazione | Particelle o strumenti metallici sciolti che creano un ponte tra le laminazioni o le laminazioni e la struttura a terra, spesso intrappolati in prossimità di giunti o condotti. | Macchia intensa molto localizzata, a volte intermittente; può spostarsi leggermente o comparire dopo il trasporto o la revisione. | Pulizia rigorosa, controllo degli utensili e dei materiali, ispezione interna durante le principali interruzioni, filtraggio e lavaggio dell'olio, se necessario. |
Alcuni punti caldi non sono errori, ma sono incorporati nei margini di progettazione. Chi progetta o specifica i core gioca ogni giorno con queste leve, a volte senza vedere le conseguenze termiche fino a un secondo momento.
Studi ben documentati sui nuclei dei trasformatori trifase dimostrano che le regioni dei giunti a T sono le parti del nucleo più complesse e con maggiori perdite: il flusso ruota bruscamente, i flussi multipli degli arti si sovrappongono e le componenti del flusso in piano e normale diventano grandi. I progetti di giunti ottimizzati (ad esempio, giunti step-lap o misti 60°/45°) riducono in modo misurabile la perdita localizzata rispetto alle vecchie disposizioni 45°/90°.
Allo stesso modo, un CRGO di alta qualità con un rivestimento adeguato e una ricottura di distensione riduce drasticamente la perdita d'anima sia globale che locale per un determinato B, offrendo così un margine maggiore prima che i giunti si surriscaldino in servizio.
Anche un'anima ben modellata può comportarsi male dal punto di vista termico se la produzione e l'assemblaggio non trattano con rispetto i giunti di laminazione.
Le operazioni di punzonatura e impilatura possono lasciare bave, lastre deformate o step-lap disallineati. L'esperienza del settore e la letteratura tecnica indicano che graffi, bave di grandi dimensioni o laminazioni deformate nella pila di anime possono accorciare localmente le laminazioni e causare un surriscaldamento locale, anche quando la perdita totale di anime rimane entro le specifiche.
Nelle macchine di grandi dimensioni (generatori, motori di grandi dimensioni), i danni alla laminazione causati da vibrazioni o anime allentate possono anche consumare l'isolamento interlaminare; l'isolamento usurato porta a cortocircuiti, punti caldi del nucleo e, in casi estremi, a cavità fuse nel nucleo se non viene controllato.
Si può ereditare un nucleo perfettamente costruito e ancora Se l'ambiente operativo lo spinge al di fuori della sua zona di comfort, si verificano punti caldi localizzati.
La sovraeccitazione (V/Hz elevati), il forte contenuto di armoniche o la polarizzazione della corrente continua fanno aumentare la densità di flusso, e i primi luoghi a risentirne sono le giunzioni e gli angoli, dove B è già più alto. La guida tecnica sui nuclei dei trasformatori evidenzia il sovraccarico, l'aumento della perdita di ferro dovuta a punti di funzionamento fuori progetto e le armoniche come importanti fattori di surriscaldamento del nucleo.
Il flusso disperso è un altro colpevole: il flusso disperso che fuoriesce dal nucleo principale, soprattutto in prossimità delle estremità dell'avvolgimento e delle giunzioni, può indurre correnti parassite nei morsetti, nelle pareti del serbatoio e in altre parti metalliche, creando punti caldi locali che si manifestano in prossimità delle giunzioni anche se le laminazioni stesse sono a posto.
Infine, la messa a terra multipunto del nucleo è un classico problema "invisibile": due o più messe a terra del nucleo formano un anello, facendo circolare la corrente nell'acciaio del nucleo e nel percorso strutturale. Questa corrente circolante genera un surriscaldamento localizzato rilevabile tramite infrarossi, misure della corrente di messa a terra e firme di gas DGA.
Una volta individuato un punto caldo con una telecamera a infrarossi o con un sensore termico, la vera domanda da porsi è: si tratta di una regione calda accettabile, di un allarme precoce o di una vera e propria faglia nel nucleo?
Le risposte migliori combinano osservazioni termiche e test elettrici e chimici. La ricerca moderna e la pratica sul campo enfatizzano la misurazione delle perdite localizzate, la termografia avanzata e le tecniche di rilevamento dei guasti al nucleo (come l'EL CID per i generatori o le prove di loop del nucleo per i trasformatori) per individuare tempestivamente i problemi di inter-laminazione.
La maggior parte dei punti caldi localizzati nei giunti di laminazione può essere prevenuta con una combinazione di buona disciplina di progettazione, un serio controllo di qualità della produzione e controlli operativi realistici.
Pensate alla prevenzione su tre livelli: (1) Progettarlo bene, (2) costruirlo in modo pulito, (3) gestirlo bene.
I punti caldi localizzati in prossimità dei giunti di laminazione non sono una sfortuna casuale. Sono quasi sempre la punta visibile di uno o più problemi sottostanti:
Quando si combinano i modelli termici con la conoscenza del design e alcuni test mirati, "quella strana macchia calda sul carré superiore" si trasforma in una storia chiara: un passo-lap disallineato, un cortocircuito di laminazione, una messa a terra multipunto o un flusso vagante in un morsetto. E una volta che si ha questa storia, il percorso di mitigazione - riprogettazione, ri-accumulo, ri-messa a terra, ri-raffreddamento - diventa molto più chiaro.
Per velocizzare il progetto, è possibile etichettare le pile di laminazione con dettagli quali tolleranza, materiale, finitura superficiale, se è necessario o meno un isolamento ossidato, quantitàe altro ancora.
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