Relè Buchholz: Rilevamento e Protezione dai Guasti del Trasformatore
Cos'è un Relè Buchholz?
Un relè Buchholz è un relè di protezione attivato da gas e olio installato nel tubo del conservatore di trasformatori immersi in olio (tipicamente > 500 kVA). Rileva guasti interni incipienti rilevando accumulo di gas e impennate di olio, fornendo preallarme e intervento prima del guasto catastrofico.
Costruzione e Principio di Funzionamento
- Posizione: Nel tubo che collega il serbatoio principale al conservatore (serbatoio di espansione).
- Due Galleggianti / Interruttori:
- Galleggiante Superiore (Accumulatore Gas): Guasto parziale → lenta generazione di gas (decomposizione olio/cellulosa) → bolle di gas salgono → livello olio nel relè scende → galleggiante si abbassa → contatto di allarme si chiude.
- Galleggiante Inferiore (Impennata Olio / Aletta): Guasto grave → rapida generazione gas + onda di pressione olio → olio surriscalda verso conservatore → aletta/galleggiante attivato → contatto di intervento si chiude (istantaneo o ritardato).
- Porta di Campionamento Gas: Rubinetto per raccogliere gas per analisi cromatografica (DGA) — identifica il tipo di guasto (termico, elettrico, scarica parziale).
- Rubinetto di Test: Permette iniezione manuale di gas per test funzionali.
Guasti Rilevati
| Tipo di Guasto | Generazione Gas | Risposta del Relè | Gas Chiave (DGA) |
|---|---|---|---|
| Scarica Parziale (Corona) | Lenta, basso volume | Allarme (galleggiante superiore) | H₂, CH₄, C₂H₄ (bassa energia) |
| Punto Caldo / Degrado Termico | Moderato, sostenuto | Allarme → Intervento se persistente | CH₄, C₂H₆, CO, CO₂ |
| Arco / Cortocircuito | Violento, alto volume + pressione | Intervento (aletta inferiore) — millisecondi | C₂H₂ (acetilene), H₂, CH₄ |
| Guasto Isolamento Bullone del Nucleo | Lento, localizzato | Allarme | CH₄, C₂H₆, CO |
| Guasto Invertitore di Taps (nel serbatoio selettore) | Variabile | Relè separato o connessione tubo | C₂H₂, H₂ |
Azioni di Protezione
- Allarme: Notifica SCADA/RTU → l'operatore indaga (DGA, scansione termica, test elettrici).
- Intervento: Intervento diretto di interruttori HV & LV (blocco 86). Isola il trasformatore istantaneamente.
- Analisi Gas: DGA di routine + campionamento gas del relè → tracciamento tendenze (IEEE C57.104 / IEC 60599).
Limitazioni e Considerazioni
- Solo per trasformatori immersi in olio con conservatore. Non per tipo a secco, serbatoio sigillato, o ermeticamente sigillato.
- Falsi Interventi: Impennata olio da cortocircuito esterno (guasto passante), rapido cambiamento di carico, evento sismico. Mitigazione: ritardo (0.1–0.5 s) sul contatto di intervento.
- Insensibilità: Generazione gas molto lenta (scarica parziale minore) potrebbe non accumulare abbastanza per attivare l'allarme prima della diffusione.
- Manutenzione: Test funzionale annuale (iniezione gas), ispezione visiva, pulizia contatti, verifica libertà galleggiante.
Complementi Moderni
- Monitor DGA Online: Misura gas continua (Vaisala, Morgan Schaffer, Kelman) — rilevamento più precoce del relè.
- Sensori di Temperatura in Fibra Ottica: Monitoraggio punto caldo avvolgimenti (Neoptix, Rugged Monitoring).
- Monitoraggio Bushing: Tan delta, capacità, scarica parziale.
Sommario
Il relè Buchholz è una sentinella meccanica basata sulla fisica che ha protetto i trasformatori per oltre 100 anni. Rimane il principale intervento per guasti interni per trasformatori di tipo conservatore, aumentato — non sostituito — dai moderni monitor elettronici.