Come eseguire una procedura di smagnetizzazione per i trasformatori di corrente dopo un evento di guasto?

Un evento di guasto in un sistema di distribuzione di media tensione non si limita a far scattare un interruttore, ma può lasciare un'eredità invisibile ma pericolosa all'interno del nucleo del trasformatore: magnetismo residuo. Il flusso residuo intrappolato nel nucleo di un TA dopo un guasto o un transitorio di offset CC degrada direttamente l'accuratezza dell'induzione elettromagnetica, provoca una saturazione prematura del nucleo e può innescare false operazioni di relè di protezione o un pericoloso sottoraggiungimento durante il guasto successivo. Per gli ingegneri elettrici e le squadre di manutenzione responsabili dell'affidabilità delle sottostazioni, sapere come smagnetizzare correttamente un nucleo CT non è una conoscenza opzionale di manutenzione, ma un compito di prima linea per l'integrità del sistema di protezione. Questo articolo illustra in dettaglio la fisica del flusso residuo, la procedura di smagnetizzazione sul campo passo dopo passo e i criteri di selezione che determinano se il nucleo del TA è suscettibile alla rimagnetizzazione.

Indice dei contenuti

• Che cos'è il flusso residuo e perché si forma nei nuclei CT?
• In che modo il magnetismo residuo influisce sulle prestazioni e sull'affidabilità dell'induzione CT?
• Come si esegue una procedura di smagnetizzazione di campo su un trasformatore di corrente?
• Quali sono gli errori più comuni che causano il fallimento della smagnetizzazione nei TA di media tensione?

Che cos'è il flusso residuo e perché si forma nei nuclei CT?

Il flusso residuo - chiamato anche magnetismo rimante o rimanenza - è la densità di flusso magnetico che rimane bloccata all'interno della struttura in acciaio al silicio orientata ai grani di un nucleo CT dopo che la forza magnetizzante è stata rimossa. Per capire perché si forma, è necessario dare una breve occhiata al Anello di isteresi b-h¹ che regola il comportamento di tutti i nuclei ferromagnetici.

Quando un TA subisce una corrente di guasto con una significativa componente di offset in corrente continua, la corrente primaria non oscilla simmetricamente intorno allo zero. Al contrario, spinge il flusso del nucleo lungo la curva di isteresi in una regione di elevata intensità. densità di flusso magnetico². Quando il guasto viene eliminato e la corrente si azzera bruscamente, come accade durante l'interruzione di un interruttore automatico, il nucleo non ritorna a flusso zero. Rimane al livello densità di flusso immanente (Br), che per l'acciaio al silicio a grana orientata può arrivare a 60-80% di densità di flusso di saturazione³ (Bsat).

Caratteristiche tecniche fondamentali della rimanenza del nucleo della TC:

• Sensibilità del materiale di base: L'acciaio al silicio a grani orientati (utilizzato nei TA ad alta precisione) presenta un'elevata permeabilità, ma anche un'elevata rimanenza. I nuclei in lega di nichel-ferro presentano livelli di remanenza ancora più elevati.
• Nuclei air-gap: I TA progettati con un piccolo traferro intenzionale nel nucleo (classi TPY e TPZ secondo la norma IEC 61869-2) hanno una rimanenza significativamente più bassa - in genere inferiore a 10% di Bsat - perché il traferro fornisce un meccanismo di ripristino magnetico.
• Eventi scatenanti: Le correnti di guasto con offset in corrente continua, gli eventi di circuito aperto del secondario del TA e la smagnetizzazione impropria dopo il test sono le tre cause principali di un accumulo significativo di flusso residuo.

Tipo di nucleo	Livello di Remanenza	Classe IEC	Applicazione tipica
Acciaio Si a grana orientata (senza traferro)	60-80% Bsat	5P, 10P, TPS	TA di protezione standard
Lega di nichel-ferro (senza traferro)	Fino a 90% Bsat	Classe X, TPS	Protezione differenziale ad alta sensibilità
Nucleo con gap (piccolo vuoto d'aria)	<10% Bsat	TPY	Schemi di protezione per la chiusura automatica
Nucleo a grande intercapedine d'aria	~0% Bsat	TPZ	Protezione ad alta velocità, prestazioni transitorie

Il tipo di nucleo installato nel vostro quadro elettrico determina direttamente il vostro profilo di rischio di remanenza e se una procedura di smagnetizzazione è periodicamente obbligatoria o semplicemente precauzionale.

In che modo il magnetismo residuo influisce sulle prestazioni e sull'affidabilità dell'induzione CT?

Il flusso residuo non causa un guasto visibile immediato: è un meccanismo di degrado nascosto che compromette silenziosamente l'affidabilità del sistema di protezione fino a quando il successivo evento di guasto non lo espone in modo catastrofico. L'impatto opera attraverso un meccanismo primario: ridotta oscillazione del flusso disponibile prima della saturazione.

Un nucleo CT può supportare solo una variazione finita della densità di flusso prima di saturare. L'oscillazione totale del flusso disponibile è:
$\Delta B = B_{{text{sat}} - B_{r}$

Se Br è già a 70% di Bsat a causa del magnetismo residuo, il nucleo ha a disposizione solo 30% della sua normale capacità di flusso per il successivo transitorio di corrente di guasto. Ciò significa che il TA si satura molto prima di quanto suggerirebbe il suo Fattore Limite di Precisione (ALF) nominale, producendo una forma d'onda di corrente secondaria gravemente distorta che i relè di protezione non possono interpretare correttamente.

Conseguenze pratiche del flusso residuo non affrontato:

• Staffetta a distanza sotto-raggiunta: La saturazione dell'uscita del TA fa sì che il relè veda un'impedenza apparente più alta di quella reale, con il rischio di non intervenire per i guasti in zona.
• Mal funzionamento della protezione differenziale: La saturazione asimmetrica tra TA su lati opposti di una zona protetta genera una falsa corrente differenziale, causando un intervento indesiderato.
• Funzionamento ritardato del relè di sovracorrente: La forma d'onda secondaria distorta estende il tempo di funzionamento del relè oltre le curve di intervento progettate
• Errori di misurazione dell'energia: Anche con correnti di carico normali, un nucleo parzialmente saturo introduce errori di rapporto e di angolo di fase superiori ai limiti della classe 0,5.

Caso cliente - Appaltatore di energia, retrofit di una sottostazione da 35kV, Medio Oriente: Un appaltatore di energia elettrica che gestisce il retrofit di una sottostazione a 35kV in Arabia Saudita ha segnalato ripetuti interventi di disturbo su uno schema di protezione differenziale del feeder a seguito di un guasto al bus nelle vicinanze. Dopo aver consultato il team tecnico di Bepto, l'analisi della forma d'onda secondaria dei TA ha rivelato una grave saturazione asimmetrica coerente con un elevato flusso residuo in due dei sei TA della zona differenziale. Dopo una procedura di smagnetizzazione strutturata su tutte e sei le unità, la stabilità della protezione differenziale è stata completamente ripristinata, eliminando tre settimane di interventi intermittenti che erano stati erroneamente attribuiti alle impostazioni dei relè.

Come si esegue una procedura di smagnetizzazione di campo su un trasformatore di corrente?

La procedura di smagnetizzazione funziona guidando il nucleo del TA attraverso anelli di isteresi progressivamente più piccoli, finché il flusso residuo non converge verso lo zero. Esistono due metodi di campo accettati - l'iniezione di tensione CA e l'iniezione di corrente CC con inversione - ciascuno dei quali si adatta alle diverse condizioni del sito e ai diversi modelli di TA.

Fase 1: Isolare e preparare il circuito CT

• Togliere l'alimentazione al circuito primario e confermare l'isolamento con un tester di tensione.
• Cortocircuitare tutti i nuclei secondari del TA inutilizzati prima di iniziare - i terminali secondari a circuito aperto in qualsiasi condizione di flusso residuo possono generare pericolose tensioni indotte
• Scollegare il relè di protezione e il carico di misura dai terminali secondari da smagnetizzare.
• Documentare la targhetta del TA: rapporto nominale, classe di precisione, tensione del punto di ginocchio (Vk) e corrente di magnetizzazione (Imag).

Fase 2: selezionare il metodo di smagnetizzazione

Metodo	Attrezzatura necessaria	Il migliore per	Limitazione
Iniezione di tensione CA (Degaussing)	Fonte di corrente alternata variabile (Variac), amperometro	Nuclei standard 5P/10P in acciaio al silicio	Richiede l'accesso a una fonte di tensione variabile
Iniezione di corrente CC con inversione	Alimentazione CC, interruttore di inversione, amperometro	TPY / nuclei con spaziatura, TA ad alta induttanza	Richiede un'attenta sequenza di inversione di corrente
Analizzatore CT dedicato	Analizzatore CT con funzione di smagnetizzazione integrata	Tutti i tipi di nucleo - il più affidabile	Costo dell'attrezzatura; non sempre disponibile in loco

Fase 3: Procedura di smagnetizzazione con iniezione di corrente alternata (metodo di campo più comune)

1. Collegare un sorgente di tensione ac variabile⁴ (Variac) attraverso i terminali secondari del TA (S1-S2)
2. Aumentare lentamente la tensione CA da zero fino a quando la corrente di magnetizzazione raggiunge circa 120-150% della corrente magnetizzante nominale di ginocchio - Questo porta il nucleo in saturazione, stabilendo un punto di partenza noto sull'anello di isteresi.
3. Ridurre lentamente e continuamente la tensione CA a zero. - non fermarsi o fare retromarcia; la riduzione deve essere fluida e ininterrotta per 30-60 secondi
4. Il flusso del nucleo traccia anelli di isteresi progressivamente più piccoli, convergendo verso una rimanenza prossima allo zero quando la tensione si avvicina a zero.
5. Misurare la corrente di magnetizzazione alla tensione di prova originale - confrontare con la linea di base pre-demagnetizzazione per confermare la riduzione del flusso

Fase 4: verifica del successo della smagnetizzazione

• Eseguire una TAC curva di eccitazione⁵ (caratteristica V-I) e confrontarla con la curva di magnetizzazione di fabbrica.
• Un nucleo smagnetizzato con successo mostrerà una corrente di magnetizzazione entro ±5% dalla linea di base di fabbrica alla stessa tensione applicata.
• Per i TA di protezione, verificare che la tensione del punto di ginocchio (Vk) sia riportata alle specifiche di targa.
• Registrare tutti i risultati dei test nel registro di manutenzione della sottostazione secondo i requisiti di messa in servizio della norma IEC 61869-2.

Fase 5: Ripristino dei circuiti secondari

1. Ricollegare il relè di protezione e l'onere di misurazione nella polarità corretta (orientamento S1→S2).
2. Rimuovere i collegamenti secondari di cortocircuito solo dopo aver confermato tutti i collegamenti di carico.
3. Ridare tensione al circuito primario e monitorare l'uscita del secondario del TA durante il primo ciclo di carico.
4. Verificare che gli ingressi di corrente del relè di protezione corrispondano ai valori previsti in base alla corrente del carico primario e al rapporto del TA.

Quali sono gli errori più comuni che causano il fallimento della smagnetizzazione nei TA di media tensione?

La smagnetizzazione è una procedura di precisione: piccoli errori di esecuzione possono lasciare un flusso residuo significativo nel nucleo o, peggio, introdurre una nuova rimagnetizzazione con una polarità diversa. Questi sono gli errori di campo più critici osservati nelle operazioni di manutenzione delle sottostazioni di media tensione.

Errori critici da evitare

• Interruzione della riduzione di tensione a metà procedura: L'interruzione dello sweep di tensione CA a qualsiasi livello non nullo congela il nucleo in un nuovo punto di rimanenza, potenzialmente peggiore della condizione originale. La riduzione deve essere continua e ininterrotta fino a zero.
• Applicazione di una tensione iniziale eccessiva: Il sovraccarico del nucleo oltre i 150% di corrente di magnetizzazione del punto di ginocchio rischia di sollecitare l'isolamento dell'avvolgimento secondario. Calcolare sempre il limite di sicurezza della tensione di iniezione prima di iniziare.
• Smagnetizzazione con carico secondario collegato: L'impedenza del relè collegato altera l'induttanza effettiva del circuito, impedendo al nucleo di completare i cicli di isteresi completi. Scollegare sempre il carico prima della procedura.
• Saltare la verifica della curva di eccitazione: L'ispezione visiva non può confermare l'avvenuta smagnetizzazione. Solo un test della caratteristica V-I successivo alla procedura rispetto alla curva di fabbrica fornisce una conferma oggettiva.
• Ignorare i core CT adiacenti nelle unità multi-core: Nei TA a doppio nucleo, la smagnetizzazione di un nucleo può indurre variazioni di flusso nel nucleo adiacente attraverso l'accoppiamento magnetico. Entrambi i nuclei devono essere testati e smagnetizzati in sequenza.

Lista di controllo post-procedura

1. La curva di eccitazione corrisponde alla linea di base della fabbrica entro ±5%
2. Tensione del punto di ginocchio ripristinata al valore di targa
3. I contrassegni di polarità del secondario sono stati verificati prima del ricollegamento del carico.
4. Tutti i collegamenti in cortocircuito sono stati rimossi dopo la riconnessione del carico.
5. Risultati dei test documentati nei registri di manutenzione

Conclusione

Il flusso residuo nel nucleo di un trasformatore di corrente è una minaccia silenziosa per l'affidabilità che gli eventi di guasto creano abitualmente e che i team di manutenzione trascurano. La procedura di smagnetizzazione, sia che si tratti di una spazzata di tensione CA che di un'inversione di corrente CC, ripristina l'intera oscillazione di flusso disponibile nel nucleo, assicurando che i relè di protezione funzionino entro i limiti di precisione previsti quando si verifica il prossimo guasto. Per i sistemi di distribuzione di media tensione, dove l'affidabilità della protezione non è negoziabile, la smagnetizzazione non è un'azione correttiva, ma una fase obbligatoria di messa in servizio dopo un guasto. In Bepto Electric, i nostri TA sono prodotti secondo la norma IEC 61869-2 con una documentazione completa della curva di eccitazione in fabbrica, fornendo al team di manutenzione i dati di base necessari per verificare ogni volta il successo della smagnetizzazione.

Domande frequenti sulla procedura di smagnetizzazione TC

1. Comprendere come i materiali ferromagnetici mantengano il magnetismo attraverso il ciclo di isteresi. ↩

2. Definizioni tecniche della densità di flusso e del suo ruolo nelle prestazioni del nucleo del trasformatore. ↩

3. I limiti fisici del flusso magnetico che il nucleo di un trasformatore può sopportare prima della saturazione. ↩

4. Come gli autotrasformatori variabili (Variacs) controllano la tensione per i test elettrici. ↩

5. Guida all'interpretazione delle curve caratteristiche V-I per la salute dei trasformatori per strumenti. ↩