Cosa si intende con Tangente Delta?

Tramite il nuovo misuratore Tan Delta è possibile rilevare la misura della Tangente di Delta, ovvero il rapporto tra la componente attiva e reattiva della corrente applicata all’oggetto in prova, dovuta all’applicazione di una alta tensione, ad esempio come durante una prova di rigidità dielettrica, nel proseguo Tan Delta, consente di determinare il rapporto tra le correnti che naturalmente circolano, essenzialmente dovute alla capacità intrinseca del campione, e quelle invece causate da perdite (reali), ovvero carenza di isolamento o altro fattore sintomo di cattiva qualità e/o deterioramento degli isolanti.

La misura fa parte del grande insieme delle prove atte alla determinazione dello stato e caratteristiche degli isolanti, quali: isolamento, IP, DAR, DD per citarne alcune.

Caratteristica della misura, diversamente dalle altre citate, è quella di essere effettuata in alternata ed essere quindi funzione di fattori diversi: tensione di prova, frequenza, capacità intrinseca del campione.

Se mentre una misura di isolamento darà sempre lo stesso risultato, cioè il valore di resistenza misurabile tra carcassa ed avvolgimento, la misura del Tan Delta, essendo funzione anche della componente capacitiva (tipica del pezzo in prova) a parità di perdite, potrà fornire risultati diversi a seconda della natura del pezzo in prova.

A cosa si applica la misura del Tan Delta?

L’indicazione fornita dalla misura è utile a determinare la qualità degli isolanti montati in motori, statori, trasformatori ed in generale nelle macchine elettriche.

Altri campi di applicazione sono il controllo qualità dei cavi, ed il loro stato d’usura o contaminazione (tipicamente acqua) che può portare al degrado delle proprietà isolanti dei materiali impiegati ed al formarsi dei cosiddetti water trees; infiltrazioni di umidità che ripercorrono internamente il cavo portando a perdite di isolamento ed altri fattori negativi.

La verifica, a differenza di alcune prove di isolamento, si applica a prodotti in fabbricazione, nuovi, in quanto il dato misurato può essere considerato tipico per quel determinato prodotto in quella particolare fase del processo produttivo.

Infine, ma estraneo al nostro interesse particolare, la determinazione del Tan Delta è un dato di verifica importante nel controllo qualità condensatori, sia di che non di potenza; in questo caso, ma anche nel settore della verifica su macchine elettriche, la prova può essere utile anche a valutare quale potrà essere il surriscaldamento prevedibile di un componente posto in opera.

Metodi sistemi di misura

Lo strumento tipico, almeno fino all’avvento delle possibilità offerte dalla digitalizzazione e conseguente analisi numerica, per la misurazione della Tan Delta è rappresentato dal Ponte di Shering: si tratta di un ponte ad annullamento in grado di fornire il valore dell’impedenza (complessa) del provino.

Normalmente si agisce manualmente variando il valore dei componenti costituenti il ponte, ricercando un minimo e ricavando quindi il valore dell’impedenza dati i valori impostati per i componenti noti.

Il ponte di Shering è in grado di dare risultati molto precisi e ne sono state realizzate versioni in grado di recuperare le perdite dovute alle connessioni ed altre.

Esistono sistemi alternativi al Ponte di Shering, si tratta di tecniche ed apparecchiature che tipicamente si avvantaggiano delle moderne tecnologie, capacità di discretizzazione dei segnali ed in generale non impongono l’uso di componenti costosi o che necessitino di operatività manuale di set up e predisposizione.

Possiamo citare:

• Ponte di Shering, realizzato con componenti che portano ad un “parziale” annullamento e successiva analisi numerica operata da un PC.
• Voltmetro vettoriale (Ponte RLC).

Risatti utilizza entrambe le tecnologie: Ponte di Shering sui modelli E12/TD, a garanzia di buone doti di immunità ai disturbi, semplicità di utilizzo, precisione relativamente elevata.

Le nuove apparecchiature della serie E12/TD sono invece dei veri analizzatori di rete vettoriali, optoisolati; si ottengono così prestazioni elevate, altissima sicurezza di esercizio ed annullamento di eventuali correnti parassite che altrimenti potrebbero alterare la misura.

Il tipico setup quindi prevede:

• Il generatore deve essere un trasformatore di buona qualità, esente da scariche parziali, di potenza adeguata e dotato di variatore di tensione.
• Il ponte di misura.
• Digitalizzazione dei segnali presenti sulla resistenza di riferimento e su quella posta in serie al carico.
• Computer ed apposita applicazione

L’esecuzione del test con il misuratore Tan Delta deve prevedere la verifica a tensioni diverse, tipicamente a salire secondo uno schema possibilmente predefinito per tipo di prodotto in modo da poter confrontare i dati ricavati con altri precedenti e/o misure effettuate su altri campioni dello stesso tipo.

Applicata la tensione di prova, ad ogni cambio occorrerà attendere un tempo prestabilito di assestamento e quindi andrà effettuato il rilevamento.

L’andamento sarà a salire, con tono regolare e non grande pendenza della curva: improvvise variazioni, generalmente indicano l’approssimarsi della tensione di rottura dell’isolamento.

Come interpretare i risultati?

Effettuato il test, l’aspetto più impegnativo è in realtà sapere cosa fare con i risultati. È qui che l’esperienza dell’operatore e i dati dei test storici sono molto utili.

IEEE 400.2 ha elencato i gradi di condizione dell’isolamento del cavo in base ai valori di Tan Delta misurati. I gradi di condizione sono elencati come:

• Nessuna azione richiesta
• Ulteriore studio consigliato
• Azione richiesta

“Nessuna azione richiesta” significa che i valori del TanDelta sono entro un certo limite e non vi è alcuna indicazione che un problema potenzialmente grave sia imminente nel sistema via cavo. Si consiglia di ripetere il test del cavo in un secondo momento per condurre un’analisi di tendenza; cioè, c’è un peggioramento delle condizioni con il tempo?

“Ulteriore studio consigliato” significa che durante il test sono stati registrati alcuni valori dal misuratore Tan Delta che indicano le aree con scarsa condizione di isolamento nel sistema. Per effettuare una valutazione delle condizioni, sono richieste ulteriori informazioni sul cavo. Questo potrebbe includere:

• Confronto tra i risultati storici del sistema di cavi testato. Il delta della misura è costantemente aumentato nel tempo con ciascun test condotto? A che intervallo sono stati condotti i test?
• Esecuzione di un test di resistenza monitorato. C’è una diminuzione del Tan Delta con aumento del tempo di test? Questo potrebbe essere un’indicazione dell’umidità all’interno del sistema di cavi che viene evaporata con l’applicazione della tensione.
• Condurre un test PD per individuare eventuali rotture (criccature) degli isolanti.
• Ispezione visiva, giunzioni, terminazioni etc., dove accessibili, quindi eventualmente sostituire e rimisurare.
• Predisporre il sistema di cavi per un nuovo test nel prossimo futuro.

“Azione richiesta” significa che il sistema di cavi ha valori di Tan Delta estremamente alti che indicano un problema significativo. Le misure per condurre quindi potrebbero essere:

• Condurre un semplice test di resistenza a 3 V₀ per causare un guasto: riparare e riprovare.
• Esecuzione di un test di tenuta monitorato al fine di causare un guasto. Successivamente ripara e riprova.
• Sostituzione/riparazione immediata del sistema.

Come si può vedere, ci sono molti possibili test successivi che possono essere condotti a seconda della gravità dei risultati del Tan Delta, e non c’è una procedura preventiva chiaramente definita che dovrebbe essere adottata. La cosa più importante è confrontare i risultati Tan Delta misurati con i dati storici, con i valori di soglia dati in IEEE 400.2 o con un database storico creato da test passati. Un operatore conoscerà meglio la progettazione del sistema via cavo per sviluppare i propri criteri di soglia specifici e determinare la migliore procedura successiva da adottare.

L’obiettivo dei test diagnostici tan delta è quello di consentire una soluzione di test semplice ed efficiente in termini di tempo al fine di realizzare un piano di manutenzione basato su condizioni e costi ottimizzati.

Quanto citato è tratto ad esempio ed è riferito alla misura del Tan Delta su cavi, che poi è una applicazione tipica, ma non l’unica: per quanto riguarda l’interpretazione dei risultati, ed eventuali azioni consecutive, si possono tuttavia applicare le stesse considerazioni anche per categorie di prodotti diverse: in definitiva in caso di esito positivo occorrerà ripetere il test secondo la cadenza predefinita, in caso di valori al di fuori della norma, o rapide salite nella misura, predisporre interventi correttivi o ripetere le misure ad intervalli ridotti.

In caso di fail, procedere immediatamente ad interventi di sostituzione/riparazione ponendo l’apparecchiatura immediatamente fuori linea.

Strumento Tan Delta tipo E12/TD

Il nuovo misuratore Tan Delta, caratterizzato da prestazioni di rilievo, facilità di utilizzo ed alta sicurezza, è pensato per permettere una sicura valutazione delle perdite negli isolanti utilizzati per la produzione di avvolgimenti, statori, trasformatori ed in generale macchine elettriche.

Il sistema si avvantaggia di soluzioni tecniche innovative che garantiscono precisione di misura, facilità di utilizzo ed un elevatissimo grado di sicurezza elettrica.

• Facilità di utilizzo: il Sistema consente la valutazione della Tangente di Delta mediante acquisizione digitale analogica e successiva elaborazione realizzata da una apposita applicazione.
  • Collegamento al PC: USB 2.
  • Sistema Operativo: Windows 10
• Modularità: il Sistema è composto da moduli facilmente trasportabili e collegabili.
  • Strumento di acquisizione a due canali indipendenti, collegato al PC via link a Fibra Ottica:
    • Alimentazione a batteria, isolamento galvanico garantito.
    • Due canali per la misura della corrente di prova di test.
    • Ingressi differenziali
  • Unità interfaccia al PC, Fibra USB.
    • Connettori rapidi.
    • Alta velocità di trasferimento dei dati.
    • Connessione digitale.
    • Nessun intervento analogico sul segnale campionato.
    • Collegamento in Fibra, lunghezza massima 5 metri estendibile, scelta per alte prestazioni, alta flessibilità ed anche costo contenuto.

• Applicazione proprietaria per l’Acquisizione, Calcolo, Rappresentazione e Memorizzazione.
  • Una sola applicazione per tutte le funzionalità.
  • Utilizzo di librerie Software ad alta risoluzione numerica.
  • Sistema di calcolo svincolato dall’utilizzo di Ponti di Misura (nessun ponte di Shering necessario).
  • Nessuna necessità di impiego di costosi componenti di riferimento per l’effettuazione della misura.
  • Data logging, monitoraggio remoto, gestione memorizzazione dei dati.

• Flessibilità, il Sistema può essere composto secondo le più diverse esigenze di misura, senza degrado significativo delle prestazioni.
  • DUT a massa.
  • DUT svincolato da massa.
  • Unità di riferimento standard, Resistiva; opzionalmente Capacitiva sia con collegamento verso massa che verso Alta tensione, floating.
• Precisione, l’Applicazione consente la valutazione assoluta, ovvero relativa.
• Calibrazione: è possibile eseguire/verificare tramite l’Applicazione di controllo la calibrazione del sistema.

Composizione del misuratore Tan Delta

Il Sistema si compone di una unità di acquisizione, alimentata a batteria ricaricabile, collegabile ad un PC mediante un link a Fibra Ottica, in questo modo si ottengono:

• Sicurezza, isolamento galvanico.
• Insensibilità alle correnti parassite.
• Precisione.

Al sistema possono essere collegati elementi esterni che realizzino la configurazione voluta, l’unità di acquisizione è in grado di misurare correnti su due canali indipendenti, aventi fondo scala diversi.

L’immagine si riferisce alla connessione standard, altre tipologie potranno venire realizzate.

• AC Generator: è la fonte di alimentazione del Sistema in Esame, può essere di qualsiasi valore, l’isolamento sarà garantito dal collegamento a fibra.
  L’utilizzo del Sistema di Misura in applicazioni funzionanti a 20—30 KV è frequente.
• Reference Resistor: è la resistenza di riferimento per il ramo interno del sistema, Risatti offre a catalogo diversi modelli e valori.
• DUT: è l’oggetto della Prova.
• Tan Delta Probe: è l’unità di acquisizione.
• Fiber Interface: è l’interfaccia Fibra Ottica PC

Si noti come, volutamente non sia stata indicato alcun collegamento di terra: qualsiasi nodo elettrico potrà essere collegato a terra.

Il Sistema si avvale del collegamento a Fibra ottica per realizzare il voluto isolamento galvanico verso il PC ed evitare il crearsi di correnti disperse/parassite che potrebbero alterare la misura.

Il Probe, così come la Resistenza di Riferimento e tutte le altre parti POSSONO ESSERE COLLEGATE A TENSIONI POTENZIALMENTE PERICOLOSE E LETALI.

Accessori del misuratore Tan Delta

Sono disponibili una serie di accessori a completare l’offerta in termini di prestazioni e verifica della misura.

Condensatore di riferimento, unità di calibrazione: l’accessorio permette la verifica della calibrazione per valori diversi di Tan Delta.

• Condensatore di riferimento: 32nF/10KVac, con resistenze simulazione TD, 3 x 100 MOhm
• Tensione Massima di esercizio: 10 KVac
• Parte attiva: 3 x 100 MOhm Resistive.
• Fornibile con certificato di Calibrazione.

Kit di collegamento a Calibratore esterno: consente di collegare il Probe di Misura ad un generatore esterno per taratura e verifica della conversione A/D.

Kit Cavi e Surge Arrester, per il collegamento in varie configurazioni e per protezione dei sensori di corrente.

• Realizzazione con Cavo HV idoneo al funzionamento fino a 15 KV, maggiore su ordinazione.

Shunt per adattamento scala.

• Kit modifica fondo scala acquisizione.
• Generatore HV da laboratorio: secondo richiesta Cliente.
• Kit SoftWare per monitoraggio remoto.

Valigetta trasporto apparecchiatura, alimentatore e accessori.

Caratteristiche Tecniche del misuratore Tan Delta