Gerdau, con sede in Brasile, è uno dei maggiori produttori di acciaio al mondo ed è quotato alla Borsa di New York con la sigla GNA. Gerdau Ameristeel è la filiale americana di Gerdau Brasile e possiede 19 acciaierie in tutto il Nord America. La maggior parte, se non tutte, delle acciaierie Gerdau, utilizzano varie tecnologie predittive per ridurre al minimo le interruzioni elettriche.
Skip Young, tecnico certificato per Termografia e Ultrasuoni presso la Gerdau Ameristeel di Calvert City, KY, ci ha fornito un buon esempio di come ispezioni predittive combinate abbiano evitato l’interruzione di servizio di un trasformatore.
I guasti elettrici di solito generano calore solo quando hanno raggiunto uno stadio avanzato. Affidarsi esclusivamente agli infrarossi (IR) può portare ad una diagnosi mancata, ma non per Skip Young. Egli porta sempre con sé il suo Rilevatore di Ultrasuoni durante tutte le ispezioni termografiche programmate. Sa che viene prodotta energia acustica in qualsiasi fase della scarica e che, abbinando le scansioni ad ultrasuoni e ad infrarossi, è in grado di individuare praticamente tutti i potenziali problemi.
L’isolatore mostrato nella Figura 1 è stato danneggiato da un Tracking che, in breve tempo, avrebbe poi causato un Arco Elettrico. Grazie all’uso di un’apparecchiatura di ispezione ad ultrasuoni, il problema è stato però scoperto tempestivamente. Infatti, l’elettricità segue sempre il percorso più facile per arrivare a terra, e lo sporco, la polvere e l’umidità facilitano tale percorso al Tracking. Il Tracking indica la presenza di un difetto dell’apparecchiatura, che spesso può essere riparato con semplici procedure di manutenzione se individuato con sufficiente anticipo.
Tutti gli ispettori che eseguono questo lavoro devono considerare le gravi implicazioni per la sicurezza.
Young ci ha fornito le immagini termiche di diversi trasformatori da 161 kV a 13,8 kV. Non sono stati rilevati punti caldi evidenti sulle fasi A, B o C, come illustrato nella Figura 2, ma un attento esame ad ultrasuoni ha fornito un file audio con chiare evidenze di Tracking precoce.
Figura 1 - L'isolatore qui raffigurato è stato danneggiato da un Tracking, che poi sarebbe potuto diventare un arco elettrico.
Figura 2 - Le immagini termiche della boccola della fase A e della connessione in ingresso di questo trasformatore da 161 Kv a 13,8 Kv non hanno mostrato punti caldi apparenti.
Utilizzando il software Ultranalysis® Suite di SDT, possiamo esaminare in dettaglio i dati ultrasonici di Young. Come illustrato nella Figura 3, questo software esamina i file ultrasonori raccolti nel dominio del tempo e dello spettro. L’immagine superiore illustra il dominio del tempo, mostrando l’accumulo e il rilascio della scarica di ionizzazione mentre trova un percorso verso terra. A livello ultrasonoro, si sente l’accumulo, seguito da un’interruzione o neutralizzazione dell’aria che circonda il problema. Il calore non si accumula finché la situazione non è progredita fino al punto in cui il flusso o la corrente sono sufficienti a generare calore lungo il percorso della scarica.
Figura 3 - Il file audio demodulato può essere visualizzato sia nel dominio del tempo (immagine superiore) che in quello dello spettro (immagine inferiore). La parte superiore mostra il Tracking rilevato nella gamma degli ultrasuoni dalla boccola della fase A del trasformatore.
Il dominio dello spettro dei dati ultrasonici di Young è mostrato nell’immagine in basso. Ci sono due aspetti da considerare. In primo luogo, l’evidente ripetizione di eventi a 60 Hz indica che, oltre al Tracking, è presente un Effetto Corona in fase iniziale. In secondo luogo, il livello di “rumore” tra i picchi a 60 Hz conferma la presenza del Tracking.
Figura 5 – Segnale nel Tempo del Tracking rilevato ad ultrasuoni sulla boccola A-Phase prima (a sinistra) e dopo (a destra) la semplice manutenzione di pulizia e serraggio delle connessioni.
Figura 6 – Segnale in frequenza (FFT) del Tracking rilevato ad ultrasuoni sulla boccola A-Phase prima (a sinistra) e dopo (a destra) la semplice manutenzione di pulizia e serraggio dei collegamenti. I picchi dominanti a 60 Hz sono scomparsi, così come il “rumore” di Tracking tra i picchi.
Abbiamo anche ascoltato i file audio prelevati dalle boccole delle fasi B e C. Quando sono state scansionate con la Termocamera di Young, nessuna delle due ha rivelato segni di calore. Tuttavia, entrambe hanno mostrato la presenza di un Tracking quando sono state scansionate con il Rilevatore ad ultrasuoni SDT.
Dopo la diagnosi dei trasformatori sospetti, si è deciso di eseguire una semplice manutenzione durante la prossima interruzione programmata. Eravamo convinti che le scariche identificate durante la scansione ad ultrasuoni fossero in realtà un Tracking nelle fasi iniziali, perché le scansioni a infrarossi non hanno rivelato segni di calore.
Poiché il problema è stato individuato abbastanza presto, è stato possibile eseguire una semplice manutenzione, piuttosto che operazioni complicate e costose dettate da un guasto importante.
Secondo Young, la semplice manutenzione comprendeva semplicemente la pulizia e il serraggio di tutte le connessioni delle fasi A, B e C.
Osservando il segnale temporale della Figura 5, si nota che una semplice manutenzione ha migliorato notevolmente la situazione. Poiché il Tracking è una fase di scarica parziale che può danneggiare i connettori e gli isolanti, Young dovrà tenere sotto controllo i trasformatori con scansioni ad ultrasuoni.
Il caso studio di Gerdau è un ottimo esempio di come la combinazione di due tecnologie predittive garantisca sul campo l’identificazione dei problemi critici al primo stadio potenziale di guasto.
Gerdau è stata in grado di prevenire danni eccessivi ai trasformatori rilevando la presenza di un Tracking in fase precoce con gli ultrasuoni. È stato possibile programmare la manutenzione e risolvere il problema alle proprie condizioni. L’aspetto migliore è che tutto ciò che è stato necessario in termini di manutenzione è stata una semplice pulizia e un nuovo serraggio delle connessioni.
Infine, poiché il problema è stato scoperto per tempo, i tecnici della manutenzione elettrica sono ora a conoscenza di un possibile anello debole nel trasformatore.
Per evitare un’interruzione più catastrofica, la vigilanza sarà aumentata e le scansioni ad infrarossi e ad ultrasuoni saranno eseguite con maggiore frequenza.
Nel caso del trasformatore di Gerdau, le ispezioni ad ultrasuoni e ad infrarossi hanno funzionato bene insieme, e non c’è motivo per cui questa sinergia non debba essere considerata vincente per rilevare le scariche parziali su isolatori, pannelli MCC e linee di trasmissione e distribuzione dell’ alta tensione.
