Le scariche parziali sono invisibili: nessuna scintilla, nessun rumore, nessun odore; si tratta solo di picocoulomb di danni elettrici che consumano l'isolamento per anni. Quando una scarica parziale provoca un guasto, l'isolamento si è già deteriorato per mesi, anni o decenni, e lo si sarebbe potuto constatare utilizzando apparecchiature e protocolli di test per le scariche parziali.
Questo manuale vi fornisce gli strumenti necessari: una solida comprensione di cosa siano effettivamente le scariche parziali (PD); una panoramica dei principi di misurazione secondo la norma IEC 60270; come scegliere tra approcci online e offline; come selezionare le apparecchiature di misurazione; e, forse la cosa più importante, come evitare di confondere il rumore elettromagnetico parassita con un difetto. Questa è la guida introduttiva e pratica per ingegneri, sia che stiate eseguendo un primo collaudo di accettazione in fabbrica, sia che stiate implementando il monitoraggio delle scariche parziali su un'intera infrastruttura.
Specifiche rapide — Test di scarica parziale in sintesi
| Unità di misura | Picacoulomb (pC) — carica apparente |
| Norma di riferimento | IEC 60270:2025 (Ed. 4.0, pubblicata a giugno 2025; sostituisce IEC 60270:2000/AMD1:2015) |
| Larghezza di banda di frequenza | 30 kHz – 1 MHz (banda larga secondo IEC 60270) |
| Tipologie di beni coperte | Trasformatori, cavi AT/MT, quadri elettrici (GIS e AIS), generatori, motori |
| Metodi di rilevamento | Convenzionale (basato sulla carica secondo la norma IEC 60270) + Non convenzionale (HFCT, TEV, UHF, acustico) |
| Criteri di superamento/non superamento | IEC 60076-3 (trasformatori di potenza) · IEC 60840 (cavi AT) · IEC 62271-1 (apparecchiature di manovra) |
Che cosa sono le scariche parziali e perché danneggiano l'isolamento?
La norma 60270 definisce la scarica parziale come "una scarica elettrica che attraversa solo parzialmente l'isolamento tra i conduttori". E la parola chiave qui è "parzialmente". Invece di una connessione solida, una scarica parziale produce minuscoli eventi di erosione nell'isolamento elettrico; scariche elettriche brevissime, di durata estremamente ridotta, una delle quali distrugge lo strato microisolante.
Tre meccanismi determinano la formazione di scariche parziali nelle apparecchiature ad alta tensione:
- Scarichi vuotiLe inclusioni gassose intrappolate all'interno dell'isolamento solido si ionizzano sotto l'effetto di un campo elettrico locale concentrato. Ogni scarica erode la parete della cavità, allargando progressivamente il vuoto e riducendo nel tempo la tensione di innesco.
- Le scariche a corona si verificano su spigoli metallici taglienti e su conduttori sporgenti nei gas, in particolare nell'aria. In tali punti, l'intensità del campo elettrico locale raggiunge un livello di gran lunga superiore alla rigidità dielettrica dei gas circostanti, provocando ripetutamente una scarica elettrica esattamente nello stesso punto.
- Tracciamento della superficie: Lungo le superfici isolanti contaminate dove umidità, depositi di carbonio o materiale conduttivo creano percorsi a bassa resistenza in grado di sostenere archi parziali.
È espresso in picocoulomb (pC) e rappresenta il valore della carica apparente, ovvero la carica che dovrebbe essere fornita ai terminali dell'oggetto in prova per provocare, misurata attraverso l'impedenza di prova, lo stesso impulso della scarica effettiva. Poiché la durata dell'impulso (ad esempio, breve per l'isolamento liquido < 1 s) non consente l'utilizzo della normale misurazione della corrente con la potenza a frequenza di rete, la misurazione non viene effettuata utilizzando una tecnica alternativa, come specificato nella norma IEC 60270, che definisce il rilevamento a banda larga nell'intervallo da 30 kHz a 1 MHz.
Perché questo è importante per un ingegnere?
La norma NFPA 70B identifica il guasto e il cedimento dell'isolamento come la causa principale dei malfunzionamenti delle apparecchiature elettriche. Secondo l'IEEE Gold Book (IEEE Std 493), le apparecchiature che subiscono le maggiori perdite a causa di guasti legati all'isolamento sono cavi, quadri elettrici e trasformatori.
Un programma di test PD non identifica necessariamente un guasto a breve termine. Piuttosto, si tratta di sviluppare un database diagnostico. Se un asset misura 50 pC a gennaio e poi 600 pC a luglio, rappresenta una decisione di rischio fondamentalmente diversa rispetto a un asset che ha mantenuto un valore di 800 pC per tre anni.
È l'andamento, non il livello, che contribuisce a definire gli approcci predittivi rispetto a quelli reattivi alla manutenzione.
IEC 60270: l'unico standard di cui ogni ingegnere ha bisogno prima di eseguire un test PD.
La norma IEC 60270 è lo standard internazionale per la misurazione delle scariche parziali. Pubblicata originariamente nel 1970, è stata rivista nel 2015 con la versione IEC 60270:2000 +AMD1. Nel 2025 è stata rilasciata l'ultima revisione, la IEC 60270:2025[4](edizione 4.0.0), intitolata "Tecniche di prova ad alta tensione - Misurazione delle scariche parziali basata sulla carica", pubblicata il 5/6/2025, che annulla/sostituisce tutte le edizioni precedenti.
Cosa specifica effettivamente la norma IEC 60270 (quattro cose da sapere)
- Grandezza misurata: carica apparente q in unità di pC. La carica apparente non è la carica effettiva nel punto di scarica, ma la carica che induce il rivelatore a rispondere in modo equivalente ai terminali dello strumento.
- Larghezza di banda di frequenza: 30 kHz – 1 MHz per misurazioni a banda larga. Nel 2015 AMD1, il limite massimo di larghezza di banda è stato aumentato da 500 kHz a 1 MHz; la norma IEC 60270:2025 estende ulteriormente l'ambito di applicazione, alle tensioni CA fino a 500 Hz.
- Standard di calibrazione: Il calibratore, che inietta una carica nota q, deve essere collegato ai terminali ad alta tensione dello strumento del DUT (non all'ingresso del rivelatore) per correggere l'attenuazione nota nel circuito di misura.
- Formati dei circuiti di misura: sono specificati quattro diversi formati di circuiti di misura IEC 60270: Zm in serie, Zm in parallelo, ponte e presa passante; questi includono tutte le combinazioni di oggetto di prova e sorgente di alta tensione.
Nota tecnica: cosa NON definisce la norma IEC 60270
La norma IEC 60270 descrive come misurare le scariche parziali, ma non specifica le soglie di accettazione; i criteri di accettazione/rifiuto sono definiti dalla norma di prodotto per ciascun tipo di apparecchiatura.
- trasformatori di potenza: IEC 60076-3 / IEEE C57.12.91
- Cavi ad alta tensione (>30 kV): IEC 60840 / IEC 62067
- Interruttori: CEI 62271-1
- Macchine rotanti: CEI 60034-27
Il tuo rapporto di prova potrebbe non essere definito "conforme alla norma IEC 60270" o "non conforme" in termini di livello di PD: la misurazione è regolata solo dalla norma, non dai limiti di accettazione!
Procedura di calibrazione pre-test (IEC 60270)
- Collegare il calibratore tra il terminale HV del dispositivo in prova e la massa.
- Iniettare una carica nota q (tipicamente 100 pC o 1,000 pC a seconda dell'entità prevista della differenza di potenziale)
- Leggere il fattore di scala applicato k dal rivelatore: carica apparente q = k Vrivelatore
- Registra il valore di k nel report di prova: questa è la tua linea di base di calibrazione.
- Ripetere la calibrazione immediatamente dopo il test per confermare che k sia rimasto stabile.
- Se il valore di k dopo il test differisce da quello di k prima del test di oltre il 10%: esaminare il circuito di prova prima di procedere.
Suggerimento professionale: la norma IEC 60270:2025 è stata appena pubblicata.
La norma IEC 60270:2025 (Ed. 4.0) è stata pubblicata a giugno 2025, la prima nuova edizione in 25 anni. Prima del tuo prossimo progetto di collaudo, verifica se le specifiche del tuo cliente utilizzano l'edizione combinata del 2015 o la revisione del 2025. Le diverse edizioni includono parametri di circuito differenti. Nessuno dei principali manuali della concorrenza si è ancora aggiornato a questa edizione!
Per apparecchiature di prova PD conformi alla norma IEC 60270, dai un'occhiata alle apparecchiature di prova per scariche parziali DEMIKS , progettate per misurazioni convenzionali a banda larga da MT a EHV.
Test di Parkinson online o offline: come scegliere quello più adatto alla propria situazione.
Il dibattito sull'acquisizione di sistemi di diagnostica remota per la dialisi peritoneale rispetto a una strumentazione autonoma rimane la decisione più importante in un programma di dialisi peritoneale. Entrambe le soluzioni sono valide, ma rispondono a esigenze diverse.
I monitor online per le scariche parziali vengono utilizzati per analizzare gli impianti in funzione e in esercizio alla tensione operativa. Non è necessaria alcuna interruzione di corrente; sensori come le pinze HFCT e i sensori TEV vengono collegati senza diseccitazione. I test online sono lo strumento ideale per l'analisi delle tendenze, consentendo di determinare quali impianti stanno sviluppando scariche parziali e come queste si stanno evolvendo.
I test offline richiedono che l'apparecchiatura venga diseccitata e che venga introdotta una sorgente di alta tensione esterna. Ciò consente di controllare la tensione e di determinare la tensione di inizio delle scariche parziali (PDIV), ovvero la tensione minima alla quale le scariche parziali diventano evidenti, e la tensione di estinzione delle scariche parziali (PDEV), che è la tensione alla quale, se ridotta, non si verificano scariche parziali. PDIV e PDEV non possono essere misurate durante i test online.
| Criterio | Test PD online | Test PD offline |
|---|---|---|
| Stato delle risorse | In servizio (sotto tensione) | Diseccitato |
| Tempo di inattività richiesto | Nona | Sì, interruzione programmata |
| Controllo della tensione | No (solo tensione di esercizio) | Sì (variabile) |
| PDIV / PDEV misurabile | ✗No | ✓ Sì |
| Test di accettazione | Non adatto | Obbligatorio secondo gli standard IEC |
| Caso d'uso primario | Monitoraggio delle tendenze, indagini sulle flotte | Accettazione, messa in servizio, indagine sui guasti |
Quadro decisionale: quale metodo è più adatto al vostro caso?
- Quando si tratta di servizi e dati di tendenza online
- Si tratta di un bene nuovo, non riparato o è necessaria la firma IEC Offline (obbligatorio)
- If È necessaria la caratterizzazione PDIV/PDEV → disconnesso
- PD elevato online? Il sondaggio dice di sì. Verifica se è disponibile una finestra di interruzione. Consulta la sezione Offline per una caratterizzazione completa del PD.
Che cos'è un test PD offline?
Un test PD offline è una misurazione delle scariche parziali condotta su apparecchiature diseccitate mediante una sorgente di alta tensione esterna. L'oggetto da testare offline viene isolato dalla rete e la tensione viene quindi aumentata, in modo controllato, mediante una rampa standard secondo la norma IEC 60270, con la misurazione di PDIV e PDEV in vari punti lungo la rampa. La norma IEC 60076-3 specifica che i trasformatori di potenza devono essere testati in questo modo per ottenere l'omologazione e, grazie all'isolamento fisico dell'apparecchiatura dalla rete, le condizioni di rumore sono significativamente migliori rispetto al test online.
Sottostazione urbana da 132 kV – Scenario di decisione ibrido (offline/online)
Un tecnico addetto alla manutenzione di una sottostazione urbana da 132 kV ha a disposizione una finestra di interruzione di quattro ore per ciascuna delle tre baie di trasformazione. Eseguire test completi offline equivalenti alla norma IEC 60270 su tutti e tre i trasformatori richiederebbe oltre due giorni, con conseguenti lunghi tempi di inattività. Pertanto, opta per una soluzione ibrida: misurazione completa delle scariche parziali (PD) offline nel pomeriggio, preceduta da due ore di test online per le due baie di trasformazione (n. 1 e n. 2) che presentano una storia nota di scariche parziali online stabili e affidabili.
Seleziona inoltre due ore di monitoraggio online per la baia n. 3, poiché tre mesi prima aveva mostrato un cambiamento significativo nella sua attività di scarica parziale online. L'intero programma di test di quattro ore, inclusi alcuni spostamenti in loco per il lavoro offline, le consente di confermare che il trasformatore da 80 kV n. 3 era sceso alla sua tensione di innesco di scarica parziale (PDIV) di 68 kV. La resina correttiva viene applicata durante il tempo di fermo assegnato, con un risparmio stimato di 200,000 dollari rispetto a una nuova unità di sostituzione.
Apparecchiature per test PD: cosa serve realmente e come configurarle
Realizzare un circuito di prova per scariche parziali perfettamente funzionante è più difficile di quanto sembri. Si rischia di sovraccaricare l'unità o, al contrario, di non rilevare il problema con una configurazione di prova non corretta: in entrambi i casi, la firma del rapporto di prova comporterà una perdita di fatturato. Di quale hardware si ha bisogno per testare le scariche parziali?
Per i test PD non convenzionali, è possibile ottenere la configurazione hardware da diversi fornitori.
Circuito di misura convenzionale IEC 60270
Un circuito convenzionale completo richiede sei componenti:
- Sorgente di alimentazione HV in frequenza di potenza (50/60 Hz) o VLF (0.1 Hz)
- Impedenza di blocco Z per evitare la trasmissione di alta tensione nel ramo di misura, solitamente tramite un induttore di filtro ad alta tensione.
- Testobject ca – oggetto di prova DUT (avvolgimento del trasformatore, cavo, apparecchiatura di commutazione)
- Condensatore di accoppiamento Ck: questo componente è collegato in parallelo all'oggetto in prova e funge da percorso a bassa impedenza per consentire all'impulso di scarica parziale (PD) di entrare nel ramo di misura. Nel caso di apparecchiature di media tensione (da 6 a 36 kV), si scelgono solitamente condensatori di accoppiamento compresi tra 100 e 1000 pF a 1.5 volte la tensione di prova, in un circuito conforme allo schema elettrico della norma IEC 60270.
- L'impedenza di misura Zm, posizionata sul collegamento di terra di Ck, converte l'impulso di carica del PD in una tensione misurabile per il rivelatore.
- Rivelatore PD M – amplificatore e display a banda larga con larghezza di banda da 30 kHz a 1 MHz secondo IEC 60270.
Calibratore (obbligatorio): un iniettore di carica che immette una carica nota nel circuito prima e dopo ogni test. Senza calibrazione, i valori in pC non hanno significato: non possono essere confrontati tra strumenti o configurazioni di test diversi.
Sensori non convenzionali: la scelta in base alla tipologia di risorsa
I sensori non convenzionali funzionano a potenziale di terra (sicuro per le apparecchiature sotto tensione) e utilizzano l'accoppiamento capacitivo, induttivo o elettromagnetico anziché l'accoppiamento galvanico con il circuito ad alta tensione. Sono gli strumenti principali per le indagini online sulle scariche parziali.
| Tipo di sensore | Principio di rilevamento | Applicazione principale |
|---|---|---|
| Sensore HFCT | Accoppiamento induttivo: morsetti attorno al conduttore di terra | Sistemi di cavi, giunti per cavi, conduttori di terra dei trasformatori |
| sensore TEV | Accoppiamento capacitivo di impulsi transitori di tensione di terra | Apparecchiature di commutazione (GIS, RMU, quadri elettrici), quadri di media tensione |
| Sensore UHF | Radiazioni elettromagnetiche (300 MHz – 3 GHz) | GIS, grandi trasformatori di potenza, terminali di sigillatura dei cavi |
| acustica aerea | Emissione ultrasonica a 40 kHz dal sito di scarica | Trasformatori a bagno d'olio, serbatoi dei reattori, sbarre collettrici aeree |
Scoprite la gamma di rilevatori di scariche parziali DEMIKS per indagini TEV/HFCT portatili, oppure il sistema automatico di test delle scariche parziali DEMIKS per misurazioni convenzionali di livello di laboratorio conformi alla norma IEC 60270.
Procedura dettagliata: come eseguire un test PD - Procedura di fabbrica e sul campo
La prova di scarica parziale è uno dei pochi metodi di prova ad alta tensione in cui gli errori di impostazione producono direttamente risultati falsi, non solo incertezza di misura, ma anche risposte errate. La seguente procedura è conforme ai requisiti della norma IEC 60270 e incorpora i punti di guasto più comuni identificati nell'esperienza sul campo.
✅ La checklist DEMIKS in 5 fasi per il test PD
Applicabile ai test offline IEC 60270: collaudo in fabbrica dei trasformatori, messa in servizio dei cavi, collaudo di tipo delle apparecchiature di commutazione.
☐ Fase 1 — Pre-controllo di sicurezza
- Verificare che l'oggetto di prova sia diseccitato, isolato e messo a terra (tutti i terminali).
- Verificare che tutto il personale si trovi fuori dalla zona ad alta tensione e che le barriere di sicurezza siano al loro posto.
- Verificare la temperatura e l'umidità ambiente e registrarle nel rapporto di prova (influenzano le prestazioni dielettriche e il livello di rumore).
- Ispezionare il circuito di prova per verificare la presenza di danni visibili, contaminazioni o precedenti smontaggi.
☐ Fase 2 — Assemblaggio del circuito di prova
- Collegare il condensatore di accoppiamento Ck in parallelo all'oggetto da testare.
- Installare un'impedenza di blocco Z tra la sorgente di alta tensione e il dispositivo in prova.
- Posizionare l'impedenza di misura Zm sul collegamento di terra di Ck.
- Verificare che tutti i collegamenti siano meccanicamente ben serrati: i collegamenti allentati sono la principale causa di letture errate delle scariche parziali che simulano scariche reali.
- Instradare i cavi di misura lontano dai conduttori ad alta tensione (distanza minima di 300 mm) per ridurre la captazione di interferenze.
☐ Fase 3 — Calibrazione preliminare
- Collegare il calibratore ai terminali HV del dispositivo in prova, non all'ingresso del rivelatore.
- Iniettare una carica nota q (in genere 100 pC per misurazioni sensibili; 1,000 pC per test di alto livello).
- Registra il fattore di scala k visualizzato sul display del rivelatore: questo sarà il tuo riferimento calibrato.
- La calibrazione è imprescindibile: senza di essa, le letture in pC non possono essere confrontate tra strumenti o configurazioni di prova diversi.
☐ Fase 4 — Applicazione della tensione e registrazione dello PD
- Iniziare con il 25% della tensione di prova prima di aumentare la sorgente di alta tensione.
- Portare la tensione al valore massimo di prova in 15 secondi, secondo la specifica IEC 60270.
- Mantenere la tensione di prova per la durata specificata nella norma di prodotto applicabile.
- Registrare i dati del pattern PRPD e i valori di picco pC per ciascun livello di tensione.
- Ridurre gradualmente la tensione in 5 secondi al termine del periodo di prova – evitare un calo brusco della tensione.
☐ Fase 5 — Verifica della calibrazione post-test e reportistica
- Ripetere l'iniezione di calibrazione immediatamente dopo il test
- Se il fattore di scala k post-test differisce da k pre-test di oltre il 10%: segnalare i risultati, esaminare il circuito prima di archiviare il rapporto.
- Documento nel rapporto: tensione di prova, carica del calibratore, condizioni ambientali, screenshot del pattern PRPD, picco pC (per fase), fattore di scala pre e post. Zegbrk_0026.
💡 Consiglio da professionista: la velocità di variazione della tensione è importante
La norma IEC 60270 non consente di superare i 15 secondi per aumentare la tensione da 0 alla tensione di prova. Una velocità troppo elevata causa scariche parziali spurie dovute a shock di tensione; una velocità troppo bassa permette al materiale oleato-carta di raggiungere un creep termico che aumenta il rumore di fondo. L'aumento deve essere graduale e controllato, e questa velocità deve essere registrata nel rapporto.
Attenzione: il posizionamento errato del calibratore è l'errore di configurazione più frequente.
Collegare il calibratore ai terminali HV del DUT, non all'ingresso del rivelatore o all'impedenza di misura. Quando si calibra all'estremità del rivelatore, i segnali del calibratore vengono iniettati in parallelo al percorso del segnale, bypassando l'attenuazione dovuta al condensatore di accoppiamento e alle impedenze del circuito. Il fattore di scala sarà elevato e i valori di pC riportati sottostimeranno sistematicamente il trasferimento di carica reale; questo supererà un controllo visivo, ma i confronti con apparecchiature e standard di riferimento dimostreranno che i valori misurati sono significativamente più alti.
Per i trasformatori: test di scarica parziale tra tensione applicata e tensione indotta.
Per i test di accettazione dei trasformatori di potenza, secondo la norma IEC 60076-3, sono previste due configurazioni di prova distinte, ciascuna mirata a una diversa zona di isolamento:
- Prova di tensione applicata: questa prova prevede il collegamento in parallelo di tutti i terminali degli avvolgimenti AT e BT, applicando poi una sorgente AT esterna per un tempo specifico. Questo metodo di prova si concentra sull'individuazione di difetti nell'isolamento tra l'avvolgimento principale e terra. La tensione tipica per questa prova è compresa tra 1.0 e 1.75 volte la tensione nominale, per un tempo definito.
- Test di sovratensione indotta con misurazione PDTensione CA applicata all'avvolgimento LV ad alta frequenza (100–400 Hz) per limitare la saturazione del nucleo. La PD viene misurata a tensione aumentata (tipicamente 1.5–1.8 volte la Um/√3 nominale per 5 minuti). Criteri di accettazione PD secondo IEC 60076-3: tipicamente ≤300 pC per trasformatori da 220 kV+ e ≤500 pC per classi di tensione inferiori al livello di tensione migliorato.
Per i cavi: test di messa in servizio PD basato su VLF
Test dei cavi AT. Per i nuovi cavi AT, definiti come aventi una tensione nominale superiore a 30 kV, si applicano le procedure di prova conformi alla norma IEC 60840. Una sorgente di tensione di prova a bassissima frequenza (VLF) (0.1 Hz) viene normalmente applicata per un periodo prolungato (60 minuti a 1.7 U) o per i test di collaudo dopo la posa (da 60 a 180 minuti a 1.4 U). I cavi e gli accessori (giunzioni, terminazioni) nuovi e installati correttamente non presenteranno scariche parziali (PD) al di sopra della tensione di prova. Letture significative indicano un difetto di isolamento; è necessario individuarne la posizione prima della messa in tensione. La tecnologia VLF riduce il fabbisogno di potenza della sorgente AT, consentendo l'applicazione sul campo.
Come scegliere l'attrezzatura? Leggete la nostra guida alla scelta della migliore attrezzatura per i test di scariche parziali e la nostra panoramica sulle procedure di test di scariche parziali per il rilascio in fabbrica.
Scenario sul campo – 820 pC, rilevata deriva della calibrazione QA di fabbrica
Durante i test di accettazione in fabbrica presso lo stabilimento di un produttore di trasformatori di potenza da 110 kV, un ispettore di qualità rileva 820 pC durante il test di scarica parziale (PD) indotta da sovratensione, un valore ben superiore alla specifica del cliente di ≤500 pC. Prima di emettere una nota di non conformità, esegue il passaggio 5 della checklist DEMIKS: calibrazione post-test. Il fattore di scala post-test si è spostato del 18% rispetto al valore di riferimento pre-test. L'indagine rivela un collegamento del cavo allentato all'ingresso dell'impedenza di misura: il collegamento si era allentato durante l'applicazione della tensione. Dopo aver fissato nuovamente il collegamento e ricalibrato, il livello di scarica parziale (PD) risulta di 310 pC, entro le specifiche. La causa principale: un collegamento allentato aveva aumentato l'impedenza all'ingresso di misura, gonfiando artificialmente la lettura della carica apparente di circa il doppio. Senza il controllo di calibrazione post-test, un trasformatore con 310 pC avrebbe ricevuto una nota di non conformità. La checklist DEMIKS a 5 passaggi include il passaggio 5 specificamente per individuare questa modalità di guasto.
Lettura dei risultati del test PD: valori pC, modelli PRPD e superamento/non superamento.
Il valore in pC del rilevatore non indica superamento/fallimento, bensì un segnale di allarme. Si tratta di un segnale che indica la necessità di un intervento. Lo strumento diagnostico in questione è il modello PRPD (Phase-Resolved Partial Discharge), che traccia l'ampiezza della carica e la frequenza di occorrenza in funzione della fase della tensione applicata.
Due asset con valori pC identici possono presentare diagnosi completamente diverse a causa dei loro differenti andamenti.
"I pattern PRPD sovrappongono l'ampiezza e la frequenza di ripetizione all'angolo di fase della tensione applicata, fornendo dati sul tipo e sull'entità del danno."
– Charles Nybeck, Ph.D., Ingegnere applicativo per sottostazioni, Megger
Guida all'identificazione tramite impronte digitali del modello PRPD
| Modello PRPD | Posizione della fase | Fonte di scarico | Gravità |
|---|---|---|---|
| Cluster simmetrici | 0–90° e 180–270° (entrambi semicicli) | Vuoto/cavità nell'isolamento solido | Alto — difetto strutturale |
| Picchi vicino a 90° o 270° con effetto di polarità | In prossimità del picco di tensione (dominante un semiciclo) | Scarica a corona da un elettrodo o una punta affilata | Medio — indagare le condizioni dell'elettrodo |
| Dispersione asimmetrica e ampia | Irregolare — presente in più finestre di fase | Tracce superficiali o scarichi contaminanti | Variabile — dipende dalla portata e dall'andamento |
| Dispersione casuale, nessuna correlazione di fase | Distribuzione uniforme 0–360° | Rumore elettrico / interferenze elettromagnetiche esterne | Non PD — identificare la fonte del rumore |
Attenzione: valori elevati di pC non indicano un guasto dell'apparecchiatura.
È frequente riscontrare valori compresi tra 200 e 2,000 pC a causa del rumore elettrico o di circuiti schermati in modo inadeguato. In assenza di un pattern PRPD che correli le scariche in fase, si tratta quasi certamente di interferenze elettromagnetiche esterne e non di una scarica parziale interna. I pattern PRPD sono strumenti diagnostici, mentre i valori in pC indicano la necessità di visualizzare il pattern.
Criteri di superamento/fallimento: quale standard si applica alla tua risorsa?
Nota tecnica: Criteri di accettazione IEC 60076-3 per i trasformatori di potenza
Durante un test di scarica parziale (PD) con sovratensione indotta, eseguito secondo la norma IEC 60076-3, il livello di scarica parziale viene misurato a una tensione aumentata (generalmente 1.5-1.8 μm/3) per una durata di cinque minuti.
I criteri di accettazione standard sono i seguenti:
- Trasformatori con tensione nominale di 300 kV: PD < 500 pC (a Um/3) (come minimo e a titolo di esempio, consultare le specifiche contrattuali)
- Trasformatori con tensione nominale pari o superiore a 220 kV: PD < 300 pC (a Um/3, un requisito più stringente per la classe EHV)
- Cavi ad alta tensione (IEC 60840): alla tensione di prova non verrà rilevata alcuna scarica parziale; si prevede che i cavi nuovi non presentino scariche parziali.
Nota: le soglie esatte vengono impostate in base alla classe del trasformatore.
Consultare il documento IEC 60076-3 applicabile e verificare eventuali requisiti contrattuali aggiuntivi che potrebbero essere più stringenti rispetto ai requisiti minimi per la classe del trasformatore.
Come si verifica la presenza di scarico parziale?
Il rilevamento delle scariche parziali avviene sempre tramite la misurazione degli impulsi elettromagnetici prodotti. Durante un test standard IEC 60270, il condensatore di accoppiamento e l'impedenza di misura creano un percorso di rilevamento che cattura gli impulsi di carica nella regione di frequenza 30 kHz – 1 MHz. Durante i test non standard, vengono utilizzati sensori come pinze HFCT, sonde TEV e antenne UHF per rilevare l'energia magnetica, capacitiva ed elettromagnetica emessa da ogni evento di scarica/rinforzo al potenziale di terra. L'output diagnostico predominante è il pattern PRPD, che correla l'ampiezza della scarica e la frequenza di ripetizione, rappresentata graficamente in funzione dell'angolo di fase della tensione applicata. La discriminazione del rumore, ovvero la distinzione tra scariche parziali effettive e attività elettrica, viene effettuata inserendo gli impulsi del rilevatore nel pattern PRPD anziché registrando il valore grezzo in pC. Per consigli su come evitare gli errori di interpretazione più comuni, consultare la nostra guida agli errori comuni nei test di scariche parziali in loco.
Scenario sul campo: lettura TEV di 680 pC a Johannesburg - Interferenze elettromagnetiche identificate tramite schema PRPD
Un tecnico della protezione a Johannesburg, in Sudafrica, esegue la sua prima indagine sulle scariche parziali (PD) in loco utilizzando un sensore TEV su un'unità di distribuzione ad anello da 33 kV, tre settimane dopo aver completato la formazione IEC 60270. Il rilevatore mostra 680 pC. Allarmato, contatta il suo responsabile e raccomanda l'immediata interruzione del servizio. Prima dell'interruzione programmata, che interesserebbe 2,000 clienti per circa sei ore, un tecnico senior esamina i dati PRPD. Il pattern non mostra correlazione di fase: impulsi distribuiti uniformemente su tutti i 360°, con distribuzione di ampiezza irregolare e nessun raggruppamento nelle finestre 0-90° o 180-270° tipiche delle scariche da vuoto. La diagnosi è EMI esterna proveniente da un azionamento a frequenza variabile installato in un quadro di controllo motori MT adiacente tre settimane prima. Dopo aver installato un filtro PD tra la sorgente e il circuito di prova e aver spostato il sensore TEV a 30 cm dal pannello dell'azionamento, la lettura PD effettiva è di 42 pC, ben entro i limiti accettabili. Nessuna interruzione di rete necessaria. La lezione: il modello PRPD ha sempre la precedenza sul numero pC.
Creazione di un programma di monitoraggio PD che prevenga i guasti
Un singolo test PD risponde a una domanda: qual è lo stato dell'isolamento in quel preciso momento? Un programma di monitoraggio PD risponde a un'altra domanda altrettanto importante: lo stato dell'isolamento sta migliorando, rimanendo invariato o peggiorando, e a quale ritmo?
Le indagini sul campo dimostrano costantemente che solo il 5-10% di tutte le risorse presenti in una data sottostazione o sito industriale mostrano un'attività di monitoraggio significativa. Cosa fare con il restante 90-95%? Investire nel monitoraggio continuo di ogni singola risorsa di un impianto non è economicamente vantaggioso. Un programma a più livelli, che prevede ispezioni periodiche con dispositivi portatili per individuare le risorse malfunzionanti e concentrare il monitoraggio o l'ispezione, garantisce il massimo ritorno sull'investimento con i costi di monitoraggio più bassi.
📋 5 elementi di un efficace programma di monitoraggio della malattia di Parkinson
- Definizione dei parametri di riferimento: il primo test serve per impostare la situazione, NON per decidere se procedere o meno. Senza una definizione dei parametri di riferimento, qualsiasi analisi delle tendenze è pura congettura. Acquisire ogni primo risultato del test come set di dati di riferimento iniziale, indipendentemente dal livello di pC.
- Impostazione degli intervalli di test: Impianti con valori di PD bassi e stabili per più di un anno: disattivazione annuale o biennale + rilevamento con dispositivo portatile. Impianti con valori di PD bassi e stabili e carico significativo: disattivazione semestrale o trimestrale + rilevamento con dispositivo portatile. Impianti con valori di PD elevati o tendenze in aumento: monitoraggio continuo o rilevamenti ciclici ogni 30 giorni.
- Imposta gli allarmi per monitorare le deviazioni rispetto al valore corrente (ad esempio, deviazione rispetto alla linea di base più i valori correnti). Puoi configurarli su 3 livelli, ad esempio un avviso quando il valore pC aumenta di 2, 5 e 10 rispetto al valore corrente, e verifica rispetto alle specifiche del prodotto come soglia 3.
- Andate oltre le ultime notizie: rappresentate graficamente l'andamento del pC nel tempo, per ogni singolo asset. È il tasso di variazione, non il livello. Un livello elevato non è un problema, lo è la tendenza. Un aumento costante di 400 pC è peggiore di un aumento di 800 pC mantenuto per anni.
- Definire i parametri di escalation: quale livello di PD o quale tasso di tendenza porterà alla messa "offline" di un'apparecchiatura per eseguire test approfonditi? A quale livello dobbiamo rimuovere l'apparecchiatura dal servizio?
Definisci queste condizioni in anticipo, prima di trovarti in una situazione di crisi!
Consiglio pratico: effettuate un sondaggio prima di scegliere il monitoraggio continuo.
Meno del 5-10% delle vostre risorse di media e alta tensione presenta scariche parziali significative in qualsiasi rilevamento. Effettuate un'analisi iniziale con un dispositivo portatile HFCT/TEV sull'intera flotta per identificare le unità con scariche parziali elevate, quindi installate sensori fissi per il monitoraggio continuo solo su tali unità. In genere, questo metodo offre una riduzione dell'80-90% dell'investimento complessivo rispetto all'implementazione di sensori sull'intera flotta.
Consulta la nostra guida comparativa sui sistemi di test PD per approfondire gli utilizzi delle architetture di monitoraggio continuo e periodico . Il sistema di monitoraggio automatico PD DEMIKS rappresenta una valida soluzione integrata per il monitoraggio continuo.
Verso dove si sta dirigendo il test PD: rilevamento tramite intelligenza artificiale, sensori intelligenti e norma IEC 60270:2025
Tre tendenze tecnologiche sono pronte a rivoluzionare i test di scarica parziale. Gli ingegneri che sanno come sarà il futuro possono prendere decisioni di acquisto migliori e non sono vincolati ad apparecchiature progettate per un approccio obsoleto che sarà superato nel giro di cinque anni.
1. Classificazione dei modelli PRPD basata su intelligenza artificiale e apprendimento automatico
L'interpretazione dei pattern di scariche parziali (PD) ha tradizionalmente richiesto l'intervento di specialisti qualificati: principalmente ingegneri elettrici con almeno qualche anno di esperienza per identificarne la natura (vuoto, effetto corona, superficie, rumore). Studi recenti (MDPI, 2026) hanno dimostrato che la classificazione dei database standard di pattern di scariche parziali può essere effettuata con un'accuratezza simile a quella ottenuta da ingegneri esperti utilizzando un classificatore basato su reti neurali convoluzionali (CNN). La conoscenza delle scariche parziali diventa quindi un'opportunità per la manutenzione predittiva, qualora questo tipo di sistema diventi disponibile sul mercato anche per utenti non esperti nelle aziende di servizi pubblici.
2. Sensori intelligenti UHF permanenti
I sensori UHF operanti nella banda 300 MHz – 3 GHz vengono installati come sensori permanenti non intrusivi in GIS, trasformatori ad alta tensione e terminali di sigillatura dei cavi. Questi sensori, combinati con la fibra ottica e la diagnostica cloud, forniscono informazioni continue in tempo reale sulle condizioni di isolamento senza la necessità di interruzioni programmate per accedere ed effettuare ispezioni. I principali fattori che guidano questa tendenza all'adozione sono l'invecchiamento delle reti elettriche e il crescente utilizzo delle risorse dovuto all'integrazione delle energie rinnovabili.
3. IEC 60270:2025 — quali cambiamenti si applicano al tuo prossimo progetto
La norma IEC 60270:2025 (Edizione 4.0), introdotta a giugno 2025, è la prima nuova edizione in 25 anni di questo standard fondamentale per la misurazione delle scariche parziali. Una modifica chiave, rilevante per quasi tutti gli ingegneri che lavorano con l'energia industriale, è stata ampliata per includere tensioni CA fino a 500 Hz. In precedenza, l'estensione era limitata a 400 Hz. Questo è importante per i parametri di prova di convertitori, raddrizzatori, ecc. Se dovete affrontare una nuova prova di accettazione e i documenti di gara risalgono alla fine del 2024 o a prima, assicuratevi di verificare a quale norma vi siete impegnati a fare riferimento per le prove.
Potrebbe benissimo trattarsi della seconda edizione, ormai obsoleta, a cui si riferivano le specifiche del cliente.
📊 Mercato del monitoraggio PD: statistiche chiave
- Si stima che il mercato globale dei sistemi di monitoraggio delle disfunzioni diastoliche (PD) raggiungerà circa 1.24 miliardi di dollari nel 2025, mentre la previsione per il 2032 è di circa 2.87 miliardi di dollari, con un tasso di crescita annuo composto (CAGR) approssimativo dell'11% (Fonte: ReportPrime, 2025 - stima di ricerche di mercato non verificata).
- I segmenti di mercato in più rapida crescita sono: Monitoraggio online continuo delle infrastrutture di rete e dei sistemi di cavi
- Quali sono le cause dei problemi alle infrastrutture di trasmissione? - L'invecchiamento dei sistemi; l'aggiunta di fonti rinnovabili; la manutenzione predittiva come approccio per i sistemi da affrontare anno per anno.
Nota sulla provenienza dei dati: i dati relativi alle dimensioni del mercato provengono da stime di società di ricerca terze e non sono stati verificati in modo indipendente. Da utilizzare solo come indicatori direzionali.
💡 Consiglio da professionisti: preparatevi ora per la norma IEC 60270:2025
Pubblicazione della norma IEC 60270:2025. Il documento relativo alla norma IEC 60270:2025 è stato pubblicato nel giugno 2025. Se state partecipando a una gara d'appalto o specificando test PD (Power Demand) tra la fine del 2025 e il 2026, assicuratevi che il contratto indichi quale delle due versioni verrà utilizzata, poiché entrambe le edizioni potrebbero comparire contemporaneamente nei contratti in essere fino a quando il vostro ente di normazione nazionale non adotterà formalmente la IEC 60270:2025.
Per una gamma completa di apparecchiature di prova ad alta tensione DEMIKS per test di scariche parziali da media a altissima tensione, consulta il resto della nostra gamma di apparecchiature di prova ad alta tensione.
Domande frequenti - Test di scarico parziale
Come si esegue un test PD passo dopo passo?
Analizziamo i cinque semplici passaggi: (1) Controllo di sicurezza preliminare: spegnere l'oggetto da testare, scollegarlo da tutte le fonti esterne e metterlo a terra. (2) Costruzione del circuito di prova: realizzare il circuito IEC 60270 composto da: condensatore di accoppiamento, impedenza di blocco, impedenza di misura. (3) Calibrazione pre-test: collegare il calibratore ai terminali HV del DUT, misurare e salvare il fattore di scala. (4) Accensione (rampa di 15 secondi), mantenimento dell'alimentazione, registrazione del pattern PRPD, picco pC e fase massima (in mrad). (5) Controllo della calibrazione post-test: assicurarsi che il nuovo fattore di scala rimanga entro ±10% del fattore di scala pre-test e salvare i risultati. Non saltare la calibrazione: una lettura non associata a una calibrazione valida non può essere interpretata in termini di criteri di superamento o fallimento.
Qual è lo standard IEC per i test di scarica parziale?
Lo standard di riferimento per la misurazione delle scariche parziali è da sempre il documento internazionale di riferimento, ovvero la norma IEC 60270. L'ultima versione pubblicata, datata giugno 2025 (IEC 60270:2025, Edizione 4.0), definisce il circuito elettrico di misura, i metodi di calibrazione, le unità di misura (espresse apparentemente da "Q") in Coulomb picofarad (pC) e la larghezza di banda (30 kHz – 1 MHz). La norma IEC 60270 definisce le modalità di misurazione, non i criteri di accettazione.
Per definire il limite di accettazione, dobbiamo utilizzare norme specifiche per tipo di apparecchiatura, ovvero IEC 60076-3 per i trasformatori di potenza, IEC 60840 per i cavi e IEC 62271-1 per le apparecchiature di commutazione.
Che cos'è un tester (rilevatore) di scariche parziali?
1. Un rilevatore di scariche parziali è un apparecchio utilizzato per indicare e quantificare gli impulsi di scarica parziale (PD) rilevati nel circuito di misura. Un comune rilevatore di PD conforme alla norma IEC 60270 comprende un amplificatore a banda larga (30 kHz-1 MHz), un misuratore di carica di picco e un display PRPD (ampiezza/angolo di fase della scarica).
Alcuni strumenti avanzati salvano i dati relativi ai pattern per successive analisi ed elaborazioni. Per l'ispezione in loco di apparecchiature sotto tensione in campo aperto, uno strumento TEV e uno strumento basato su HFCT fungono da rilevatori personali di scariche parziali da campo, che non necessitano di essere collegati a un circuito di prova standard IEC 60270.
Qual è un livello di pC accettabile per la dimissione parziale?
I livelli accettabili di pC sono definiti da standard specifici per ciascun asset, non dalla norma IEC 60270. Per i trasformatori di potenza secondo la norma IEC 60076-3, i criteri di accettazione tipici sono ≤500 pC per i trasformatori con tensione nominale inferiore a 220 kV e ≤300 pC per i trasformatori ad altissima tensione (EHV) a 220 kV e superiori, misurati durante la prova di sovratensione indotta. Per i nuovi cavi ad alta tensione secondo la norma IEC 60840, il criterio è zero scariche parziali rilevabili alla tensione di prova. Per il monitoraggio delle condizioni in loco, non esiste un livello di pC universale di superamento/fallimento: il risultato deve essere valutato rispetto alla linea di base storica dell'asset e al tasso di variazione del trend. Un singolo valore assoluto di pC, senza analisi del modello PRPD e contesto di base, non è sufficiente per una decisione di manutenzione.
Il test PD sostituisce il test di rigidità dielettrica (hipot)?
Questi test non fanno la stessa cosa?
No. Lo scopo diagnostico o predittivo del test PD è completamente diverso e complementare all'obiettivo del test di integrità strutturale o predittivo offerto da un test di rigidità dielettrica (hipot) o da un test a potenziale applicato. Secondo norme come la IEC 60076-3 (trasformatori di potenza), sia il test di tenuta alla tensione applicata che il test di scarica parziale a tensione indotta vengono eseguiti sui nuovi trasformatori di potenza.
Il primo test (il test di tensione applicata) verifica la capacità di resistenza dell'isolamento e, se si verifica un guasto dell'isolamento, sappiamo che l'unità non è in buone condizioni e potrebbero essere necessari ulteriori test diagnostici specifici. Il secondo test, la scarica parziale (PD), è un test diagnostico non distruttivo che quantifica la qualità dell'isolamento alla tensione di esercizio o a una tensione leggermente superiore. Il test PD identifica le condizioni di degrado dell'isolamento *prima* del guasto dell'isolamento e del malfunzionamento dell'apparecchiatura; il test HIPOT non lo fa.
Eseguire un test PD dopo che il test di rigidità dielettrica ha fallito fornisce informazioni diagnostiche su un componente guasto che potrebbero non riflettere accuratamente le condizioni in un'unità funzionante.
Referenze
- IEC 60270:2025 (Edizione 4.0) — “Tecniche di prova ad alta tensione — Misura delle scariche parziali basata sulla carica.” Commissione Elettrotecnica Internazionale, Ginevra, 2025. Disponibile: Negozio online IEC
- IEC 60076-3: 2013 — “Trasformatori di potenza — Parte 3: Livelli di isolamento, prove dielettriche e distanze di sicurezza esterne in aria.” Commissione Elettrotecnica Internazionale, Ginevra. Disponibile: Negozio online IEC
- IEC 60840: 2020 — “Cavi di alimentazione con isolamento estruso e relativi accessori per tensioni nominali superiori a 30 kV fino a 150 kV — Metodi di prova e requisiti.” Commissione Elettrotecnica Internazionale, Ginevra. Disponibile: Negozio online IEC
- NFPA 70B:2023 — “Pratiche raccomandate per la manutenzione delle apparecchiature elettriche”. National Fire Protection Association, Quincy, MA. Disponibile: NFPA.org
- Norma IEEE Std 493-2007 (IEEE Gold Book) – “Pratica raccomandata dall'IEEE per la progettazione di sistemi di alimentazione industriali e commerciali affidabili”. Institute of Electrical and Electronics Engineers, New York.
- Nybeck, C. (2021). “Domande e risposte: Test di scarica parziale.” Tester elettrico Megger online, ottobre 2021. Disponibile: Megger.com
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L'autore
Questo articolo è stato scritto e revisionato dal team di ingegneri di DEMIKS.
DEMIKS è un produttore e fornitore registrato di apparecchiature di prova ad alta tensione. Tutte le prove specificate in questo documento sono conformi allo standard IEC 60270 nella sua versione attuale, ovvero a partire da maggio 2026. Assicurarsi di utilizzare l'edizione corretta degli standard in vigore nella propria regione durante le prove di accettazione.
