Test PD senza configurazioni complesse: guida alla procedura passo passo

Ricordo la configurazione standard di un tradizionale banco prova per scariche parziali: sorgente di alta tensione, condensatore di accoppiamento, impedenza di blocco, impedenza di misura, rivelatore di scariche parziali e generatore di impulsi di calibrazione; 6 scatole, ognuna delle quali richiedeva il proprio cablaggio e una serie di verifiche prima della prima misurazione!

Si tratta di un approccio al test PD che può essere incredibilmente complesso da impostare. Questo onere aggiuntivo ha impedito la misurazione delle scariche parziali in ambienti che ne avrebbero davvero bisogno. Questa guida illustra cosa è specificato dalla norma IEC 60270, i modi in cui la facilità d'uso di un moderno sistema combinato di misurazione e analisi PD riduce il carico di lavoro del personale addetto ai test e come applicarlo. scarico parziale prove appropriate per ogni specifico tipo di apparecchiatura elettrica, che si tratti di un cavo ad alta tensione, di un trasformatore di potenza o di un quadro elettrico.

Descrive inoltre la gamma di diverse tecnologie che possono essere impiegate per affrontare le varie problematiche associate al collaudo delle apparecchiature elettriche.

Che cos'è una scarica parziale e perché danneggia silenziosamente l'isolamento?

La scarica parziale, spesso abbreviata in PD, si riferisce alla rottura dielettrica di una parte di un isolante eterogeneo in qualsiasi punto dell'isolamento. In senso lato, lo spazio di isolamento elettrico tra il conduttore e un polo opposto deve essere completato. Si tratta di una scarica parziale, ma non sufficiente a scaricarsi completamente in un circuito chiuso e quindi a provocare un cortocircuito.

IEC 60270:2025: “scariche che attraversano solo parzialmente l'isolamento tra i conduttori”. L'energia di un singolo impulso di scarica parziale è bassa – picocoulomb – tuttavia il loro effetto di accumulo nel corso degli anni degrada gradualmente e irrimediabilmente il materiale isolante organico (XLPE, resina epossidica, carta impregnata di olio minerale).

Le scariche parziali erodono il sistema di isolamento attraverso l'attacco chimico (ozono e acido nitrico derivante dall'effetto corona), il calore e lo stress meccanico causato dalle ripetute onde d'urto del plasma. Nell'isolamento solido, le scariche ripetute creano canali microscopici che si ramificano verso l'esterno secondo uno schema chiamato "albero elettrico". Una volta che l'albero inizia a formarsi nel sistema di isolamento, il tempo necessario al cedimento completo varia da settimane a mesi, a seconda del livello di tensione e dell'intensità della scarica.

Il cedimento dell'isolamento è sempre annoverato tra le principali cause di guasto per la manutenzione di trasformatori e cavi da parte delle aziende elettriche. Tuttavia, in troppi impianti, il test delle scariche parziali (PD) viene eseguito solo dopo che il cedimento dell'isolamento inizia a manifestarsi nelle misurazioni delle perdite dielettriche e solo se e quando il guasto si è verificato, e non come tecnica di manutenzione preventiva durante la messa in servizio e le revisioni programmate.

Quali sono i diversi tipi di scarica parziale?

Nelle apparecchiature di media e alta tensione si verificano tre principali tipi di scariche parziali (PD). Conoscere i diversi tipi di PD è importante perché ognuno produce una firma PRPD (Power Reduction Demand Demand Demand) distinta e risponde in modo diverso ai metodi di rilevamento:

• Scarica interna: si verifica all'interno di vuoti, bolle di gas o delaminazioni in isolanti solidi o liquidi. I vuoti formano un condensatore in serie con l'isolamento principale; poiché la tensione di rottura del vuoto è inferiore a quella del dielettrico circostante, si verifica una scarica ripetuta alle normali tensioni di esercizio. La scarica interna è il tipo più distruttivo perché attacca il sistema di isolamento dall'interno.
• Scarica superficiale: Si verifica sulla superficie e si forma al confine tra due materiali con valori diversi di costante dielettrica o sulla superficie di un isolante contaminato. La velocità di sviluppo delle scariche parziali aumenta significativamente sugli isolatori e sui passanti esterni in presenza di sale, umidità e inquinamento industriale.
• La scarica a corona è una condizione di ionizzazione e conseguente formazione di scariche elettriche nell'aria circostante spigoli vivi o connessioni mal tenute su componenti hardware in un campo elettrico non uniforme. La scarica a corona si verifica più spesso sui componenti delle linee aeree e sulla superficie esterna degli isolanti delle catene di cavi per esterni. Nella stragrande maggioranza dei casi, si tratta di un processo di scarica meno pericoloso rispetto a quelli interni, ma è facilmente rilevabile a distanza da sensori a ultrasuoni o a frequenza ultra-alta (UHF).

Scopri di più sui cosa significa scarica parziale per le apparecchiature ad alta tensione nella guida di riferimento tecnico DEMIKS.

Perché i test tradizionali secondo la norma IEC 60270 richiedono da quattro a sei strumenti separati

La norma IEC 60270 non descrive uno specifico dispositivo di misura, bensì un circuito di prova. Questa norma internazionale descrive il metodo con cui la carica trasferita durante una scarica viene misurata indirettamente utilizzando un circuito di accoppiamento capacitivo, ma ne lascia l'implementazione al collaudatore. Nella configurazione classica, ciò include tradizionalmente: l'acquisizione e la configurazione di almeno 6 (sei) elementi;

1. Sorgente ad alta tensione – caratterizzata da bassi livelli di rumore estraneo in modo da non mascherare i segnali di scarica provenienti dall'oggetto in prova e da una frequenza che non varia durante una singola misurazione;
2. impedenza di blocco (Z) – il cui scopo principale è impedire che gli impulsi di scarica generati nell'oggetto passino alla sorgente di alimentazione ad alta tensione e vengano dispersi;
3. Il condensatore di accoppiamento (Ck) funge da percorso a bassissima impedenza per le frequenze degli impulsi di scarica (100 kHz – 1 MHz), consentendo l'invio degli impulsi di carica al circuito di rilevamento;
4. impedenza di misura (Zm) – utilizzata per trasformare una corrente impulsiva di carica in un segnale elettrico accettabile per il rivelatore; comunemente implementata come quadrupolo RC o RLC.
5. Rivelatore di scariche parziali (PD): questa unità seleziona, amplifica, filtra e digitalizza il segnale e può visualizzare il pattern di scariche parziali risolte in fase (PRPD) in relazione al ciclo di tensione applicato;
6. Calibratore a impulsi: utilizzato prima di ogni test per iniettare una quantità di carica (in pC) controllata con precisione nel circuito di misura e confermare la tracciabilità metrologica rispetto agli standard di riferimento (secondo la norma IEC 60270, richiesta per ogni serie di misurazioni).

Come osservato dal NETA World Journal (Stone, A. Cavallini, 2024), "Il passaggio dagli strumenti analogici a quelli digitali per la misurazione delle scariche parziali, iniziato negli anni '1990, ha aumentato la ripetibilità, ma il numero di strumenti utilizzati non è diminuito. Sebbene il software abbia fornito la possibilità di visualizzare i pattern risolti in fase (PRPD), l'aumento di capacità è stato controbilanciato dalla necessità di interpretare grafici bidimensionali basati su dati di fase e ampiezza, operazione che richiede una vasta esperienza. Inoltre, a volte vengono utilizzati sensori che impiegano trasformatori di corrente ad alta frequenza (HFCT) in grado di collegarsi alle connessioni di terra dei cavi senza aprire il circuito di prova, ma ciascuno di questi sensori rappresenta comunque un ulteriore strumento da reperire, verificare e configurare in loco."

Come i sistemi automatizzati "tutto in uno" per i test PD rimuovono le barriere

Un sistema integrato di test PD non modifica la natura della misurazione conforme alla norma IEC 60270. Ciò che cambia è il modo in cui viene condotto il processo, o meglio, il numero di unità che l'utente deve portare sul campo per completare il lavoro. Il meccanismo di accoppiamento, i circuiti di condizionamento del segnale e il riferimento di calibrazione in situ sono integrati in un unico strumento. Tutto ciò che l'utente deve fare è collegare il cavo di uscita ad alta tensione all'oggetto da testare, eseguire un controllo di calibrazione dello strumento e quindi avviare l'aumento di tensione. Questo riduce i tempi di configurazione del test da ore a minuti senza compromettere la qualità dell'esecuzione, poiché non sono necessarie reti di impedenza ausiliarie da collegare o verificare.

DEMIKS sistemi automatici di prova a scarica parziale integrare tutte e tre le funzioni in un'unica unità con accoppiamento incorporato e una routine di calibrazione automatizzata. rilevatore di scariche parziali La gamma comprende strumenti di rilevamento portatili per test online e unità da banco per test di accettazione offline — vedi la gamma completa apparecchiature per prove di scarica parziale Guida alla selezione delle specifiche per applicazione.

Come eseguire un test di scarico parziale: passo dopo passo

Come si esegue un test di scarica parziale?

Tutti e sette i passaggi sopra descritti si applicano ai test offline con un set di test PD integrato conforme alla norma IEC 60270. Prima di iniziare, verificare che l'oggetto da testare sia completamente diseccitato e isolato in modo sicuro.

1. Collegare e verificare il circuito di prova. Collegare il cavo ad alta tensione, il ritorno di terra e l'accoppiamento all'elemento da testare. Per un sistema integrato, assicurarsi che l'accoppiamento sia rappresentato correttamente dal suo valore capacitivo nella schermata di controllo degli ingressi dello strumento.
2. Misurare il rumore della sorgente PD (livello di fondo PD). Spegnere la sorgente HV e far funzionare il rivelatore per 30 secondi. Registrare la lettura in pC. Se la lettura è superiore a 1~2 pC, è necessario individuare la sorgente del rumore e spegnerla prima di continuare.
3. Iniezione dell'impulso di calibrazione: iniettare una carica nota (100 pC o 500 pC) nell'oggetto in esame tramite un generatore di impulsi di calibrazione interno (o un calibratore esterno): verificare che l'uscita sia entro il 5% della carica. Questo è richiesto dalla norma IEC 60270 e renderà tracciabili tutte le letture successive.
4. Applicare tensione a PDIV. Aumentare gradualmente la tensione di prova da 0 V fino alla tensione di esercizio nominale (U) e anche oltre, osservando la visualizzazione delle scariche parziali. Questo valore è la tensione di innesco delle scariche parziali (PDIV), la tensione minima alla quale si osservano impulsi regolari.
5. Mantenimento alla tensione di prova. Come indicato nello standard IEEE Std. 400.3-2022, mantenere la tensione di prova per almeno 60 secondi. Durante questo periodo di mantenimento, misurare e registrare l'ampiezza massima della scarica parziale (PD) in pC, nonché la PRPD (Percentuale di Scarica di Probabilità) e il numero di impulsi per unità di tempo.
6. Abbassare gradualmente la tensione e individuare la PDEV. Ridurre lentamente la tensione. PDEV – tensione di estinzione delle scariche parziali (la tensione alla quale non si verificano più ripetizioni di scariche parziali. Una differenza significativa tra PDIV e PDEV indica scariche autosostenute a valori di campo inferiori).
7. Ripetere il controllo di calibrazione e registrare le letture. Iniettare nuovamente l'impulso di calibrazione dopo il test e verificare che il sistema non si sia discostato dalla tolleranza. Registrare l'immagine del pattern PRPD e i risultati numerici nel rapporto di prova.

Test di scarica parziale specifici per le singole apparecchiature: cavi, trasformatori, quadri elettrici e generatori.

Il metodo di accoppiamento e la selezione della sorgente di tensione variano significativamente a seconda del componente da testare. Qualsiasi configurazione errata comporta una perdita di tempo e produce un risultato non valido. Prima di recarsi sul posto, verificare che la procedura descritta nella tabella sottostante corrisponda al componente specifico in esame.

DEMIKS fornisce generatori di alta tensione a frequenza ultra-bassa per test PD del cavo a 0.1 Hz VLF e dispositivi di tenuta alla tensione di risonanza a frequenza variabile per il collaudo di cavi risonanti in serie. Le configurazioni complete specifiche per l'asset sono disponibili tramite il apparecchiature di prova ad alta tensione pagine di selezione dei prodotti.

Monitoraggio PD online, offline o continuo: la scelta ideale senza spendere troppo.

Non tutte le apparecchiature richiedono lo stesso livello di test sulle scariche parziali (PD). I dati di un'indagine di settore suggeriscono che solo il 5-10% circa delle apparecchiature di media tensione in esercizio presenta un livello significativo di PD che indica un rischio di guasto a breve termine. In una sottostazione piena di quadri elettrici, quando oltre il 90% di questi è in buone condizioni, sarebbe necessario installare sensori permanenti per il monitoraggio delle PD, a scapito di un beneficio minimo. È necessario valutare la criticità delle apparecchiature e la possibilità di disattivarle.

Interpretazione dei risultati PD: cosa significano i valori PDIV, PDEV e pC

Secondo la norma IEC 60270, la misurazione delle scariche parziali (PD) è espressa in picocoulomb (pC) di carica apparente: la carica che, se iniettata ai terminali dell'oggetto in prova, produrrebbe la stessa lettura sullo strumento di misura di quella prodotta dall'evento di scarica parziale. Monitorare l'attività di scarica parziale su più test consecutivi, anziché su una singola lettura isolata, fornisce un valore diagnostico di gran lunga superiore. Si noti che questa non è la carica effettiva trasferita nel punto in cui si verifica la scarica parziale; tale quantità è estremamente piccola e non misurabile in situ. Comprendere questa distinzione è importante quando si confrontano i risultati tra laboratori o tipi di strumenti diversi.

I due indicatori basati sulla tensione forniscono le informazioni diagnostiche più utili:

• PDIV – Tensione di innesco della scarica parziale: la tensione applicata all'oggetto in esame alla quale si ottengono per la prima volta impulsi PD ripetitivi quando la tensione applicata viene aumentata lentamente. Al di sotto di questa tensione non si verifica alcuna ripetizione dell'attività PD.
• PDEV – Tensione di estinzione della scarica parziale: la tensione alla quale la tensione applicata viene lentamente ridotta dopo essere stata innalzata al di sopra della PDIV, tensione alla quale cessa la ripetizione dell'attività di scarica parziale. Una PDEV inferiore alla PDIV suggerisce che la scarica persisterà a tensioni inferiori, il che normalmente indica un difetto più grave.

Qual è lo standard per i test di scarica parziale?

La norma IEC 60270:2025 (4a ed.) fornisce il riferimento di misurazione convenzionale delle scariche parziali elettriche più ampiamente applicabile e copre i circuiti di prova, le misurazioni in picocoulomb, i requisiti di calibrazione e le procedure di reporting. Per i test sul campo dei cavi, la norma IEEE Std. 400.3-2022 copre i test offline con una sorgente di tensione a frequenza di rete o VLF; la norma IEEE Std. 400.4-2015 copre i sistemi a corrente alternata smorzata (DAC); per le misurazioni di apparecchiature di commutazione/GIS basate su sensori senza contatto, la norma IEC 62478 stabilisce le procedure per le misurazioni UHF e TEV. Scopri come selezionare lo strumento giusto nella guida DEMIKS a scelta delle apparecchiature di prova per scariche parziali.

Novità nei test di scarico parziale (2025-2026)

Le apparecchiature per i test di scarica parziale (PD), il cui valore a livello globale superava 1 miliardo di dollari nel 2025 ed è in continua crescita, sono destinate a beneficiare di una crescita costante grazie ai programmi di modernizzazione della rete elettrica, alla sostituzione delle infrastrutture e agli investimenti nell'energia eolica offshore. Di seguito, una nostra anteprima dello stato attuale dei test PD sul campo entro la fine del 2026.

• I test HVDC si stanno spostando da un'attività di ricerca di nicchia all'applicazione sul campo. La trasmissione di energia eolica offshore si basa su collegamenti HVDC lunghi e isolati che devono essere condizionati durante i test di scarica parziale (PD). Una differenza fondamentale tra HVDC e HVAC PD è la sua natura non ciclica. Mentre la scarica parziale HVAC è caratterizzata da distinti picchi di attività sincronizzati con i cicli di potenza, la scarica parziale HVDC può essere molto sporadica e non può essere facilmente risolta in fase rispetto a un riferimento di frequenza di rete. Le tecniche per rilevare e valutare la scarica parziale in corrente continua (DC PD) nei sistemi di cavi entreranno in uso commerciale nel 2025 e l'IEC TC64, il comitato che sviluppa lo standard IEC 60270, sta attivamente elaborando linee guida per i test di scarica parziale in corrente continua.
• Il riconoscimento dei modelli PRPD assistito dall'intelligenza artificiale sta riducendo la barriera interpretativa. La lamentela più frequente degli utenti riguarda test di scarica parziale Il problema principale del monitoraggio, documentato nella letteratura NETA e CIGRE, è che la lettura dei pattern di scariche parziali risolte in fase richiede anni di esperienza, acquisita sul campo e in laboratorio. Gli strumenti di post-elaborazione che utilizzano la classificazione tramite apprendimento automatico sono ora integrati negli strumenti commerciali, segnalando i probabili tipi di difetti e separando le interferenze dai segnali di rilevamento delle scariche effettivi. Questo risolve direttamente la complessità interpretativa che ha limitato l'adozione delle scariche parziali.
• La tecnologia degli inverter SiC e GaN sta creando nuovi requisiti per i test PD (Power Demand) degli azionamenti per motori. I variatori di velocità che utilizzano transistor di commutazione al carburo di silicio o al nitruro di gallio generano impulsi di tensione con tempi di salita brevissimi, fino a 10 nanosecondi, quasi pari al tempo di salita degli impulsi di scarica parziale stessi. Separare i segnali di rilevamento di scariche parziali reali dai transitori indotti dal variatore nei motori di trazione dei veicoli elettrici, negli attuatori degli aeromobili e nei cavi ad alta tensione collegati ai servosistemi industriali è un'area di sviluppo attiva nel campo dei sensori e dei filtri fino al 2025-2026.

Dal team di ingegneri DEMIKS: Il nostro team di ingegneri specializzati in alta tensione ha osservato le tendenze del mercato verso una maggiore facilità d'uso sul campo, verso banchi prova multicomponente meno complessi e verso strumenti che un tecnico alle prime armi può utilizzare ottenendo risultati standard e ripetibili con un solo giorno di formazione. I test richiesti per i cavi ad alta tensione possono differire da quelli necessari per i trasformatori o le reti GIS, ma la tendenza generale è quella di rendere il test stesso più semplice, più automatizzato e meno dipendente dalle competenze del singolo operatore. Questa spinta verso test sul campo più semplici e conformi agli standard ha guidato i nostri sforzi di progettazione nello sviluppo della nostra linea di apparecchiature automatizzate per i test di scariche parziali.

Domande frequenti sui test di scarica parziale