Selezione di trasformatori di distribuzione per l'alimentazione delle reti a bassa tensione

I dati caratteristici dei trasformatori di distribuzione sono dettati dai requisiti della rete. La potenza effettiva determinata deve essere moltiplicata per il fattore di potenza cosφ per ottenere la potenza nominale Srt. Nelle reti di distribuzione, un valore di uk = 6% è comunemente preferito.

Selezione dei Trasformatori di Distribuzione per l'Alimentazione delle Reti a Basso Tensione 

Le perdite dei trasformatori consistono in perdite a vuoto e perdite a cortocircuito. Le perdite a vuoto derivano dall'inversione continua della magnetizzazione nel nucleo di ferro e rimangono sostanzialmente costanti, indipendenti dal carico. Le perdite a cortocircuito comprendono le perdite ohmiche nelle bobine e le perdite dovute ai campi di fuga, ed esse sono proporzionali al quadrato del livello di carico.

Le perdite dei trasformatori sono composte da perdite a vuoto e perdite a cortocircuito. Le perdite a vuoto derivano dall'inversione continua della magnetizzazione nel nucleo di ferro. Queste perdite sono sostanzialmente costanti e non vengono influenzate dal carico.

Le perdite a cortocircuito, d'altra parte, comprendono le perdite ohmiche nelle bobine e le perdite causate dai campi di fuga. Esse sono proporzionali al quadrato dell'entità del carico.

In questo articolo tecnico, verranno discussi i principali criteri per la selezione dei trasformatori di distribuzione nella fascia di potenza da 50 a 2500 kVA per l'alimentazione delle reti a bassa tensione.

1. Requisiti di Sicurezza Operativa

• Test di Routine: Questi coprono elementi come perdite, tensione a cortocircuito \(u_{k}\) e test di tensione.

• Test di Tipo: Questi includono test come test di riscaldamento e test di tensione impulso.

• Test Speciali: Questi includono test come resistenza a cortocircuito e test di rumore.

2. Condizioni Elettriche

• Tensione a Cortocircuito: Prestare attenzione ai suoi valori specifici e caratteristiche.

• Simbolo di Connessione / Gruppo Vettoriale: Informarsi sui simboli di connessione e sui gruppi vettoriali ( [Saperne di più](aggiungi il link corrispondente qui se presente nel testo originale) ).

• Rapporto di Trasformazione: Determinare i parametri del rapporto di trasformazione.

3. Condizioni di Installazione

• Installazione Interna ed Esterna: Considerare gli scenari di installazione dei trasformatori, che siano all'interno o all'esterno.

• Condizioni Locali Speciali: Tenere conto dell'influenza delle condizioni locali speciali.

• Condizioni di Protezione Ambientale: Compiere con i requisiti di protezione ambientale corrispondenti.

• Progetti: Scegliere tra trasformatori a immersione in olio o a resina imbibita a secco.

4. Condizioni Operative

• Capacità di Carico: Per i trasformatori a immersione in olio o a resina imbibita a secco, considerare le loro capacità di portata.

• Fluttuazioni del Carico: Prestare attenzione alla situazione delle fluttuazioni del carico.

• Numero di Ore in Funzione: Tenere conto della durata di funzionamento dei trasformatori.

• Efficienza: Concentrarsi sull'efficienza dei trasformatori a immersione in olio o a resina imbibita a secco.

• Regolazione della Tensione: Dare importanza alle capacità di regolazione della tensione.

• Operazione in Parallelo dei Trasformatori: Informarsi sulle situazioni pertinenti all'operazione in parallelo dei trasformatori ( [Saperne di più](aggiungi il link corrispondente qui se presente nel testo originale) ).

5. Dati Caratteristici del Trasformatore con Esempi

• Potenza Nominale:SrT = 1000kVA

• Tensione Nominale: UrOS=20 kV

• Tensione Lato Inferiore:  UrUS=0.4 kV

• Tensione Nominal Impulso Fulmine: UrB=125 kV

• Combinazione di Perdite

• Perdite a Vuoto: P0=1700 W

• Perdite a Cortocircuito: Pk=13000 W

• Potenza Acustica: LWA=73 dB

• Tensione a Cortocircuito: uk=6%

• Rapporto di Trasformazione: PV/SV=20 kV/0.4 kV

• Simbolo di Connessione: Dyn5

• Sistemi di Terminazione: Ad esempio, sistemi di flange lato tensione inferiore e superiore

• Posizione di Installazione: Che sia interna o esterna

• a) Con meno di 1000 litri di dielettrico liquido

• b) Con più di 1000 litri di dielettrico liquido

Spiegazione

• a. Condotto cavo

• b. Griglia in acciaio zinco

• c. Apertura di scarico con griglia protettiva

• d. Condotto svitabile con pompa

• e. Rampicante

• f. Apertura di aspirazione con griglia protettiva

• g. Strato di ghiaia o pietrisco

• h. Cornicione

L'installazione dei trasformatori deve essere protetta dalle acque sotterranee e dall'alluvione. Il sistema di raffreddamento deve essere riparato dalla luce solare. Devono essere garantite anche misure di protezione antincendio e compatibilità ambientale. La Figura 1 mostra un trasformatore con un riempimento di olio inferiore a 1000 litri. In questo caso, è sufficiente un pavimento impermeabile.

Per un riempimento di olio superiore a 1000 litri, sono obbligatori i canali di raccolta dell'olio o i bacini di raccolta.

La dimensione dell'apertura di scarico è mostrata senza griglia nella Figura 2 per un riscaldamento della stanza di 15 K.

PV=P0+k×Pk75 [kW]

Definizioni dei Simboli:

• A: Aperture di scarico e aspirazione dell'aria

• P{V: Perdita di potenza del trasformatore

• k = 1.06 per i trasformatori a olio

• k = 1.2 per i trasformatori a resina imbibita

• Po: Perdite a vuoto

• Pk75: Perdite a cortocircuito a (75^{\circ}\) Celsius, in chilowatt

• h: Differenza di altezza, in metri

Le perdite termiche generate durante l'operazione di un trasformatore (Figura 4) devono essere dissipate. Quando la ventilazione naturale non può essere utilizzata a causa delle condizioni di installazione, è essenziale installare un ventilatore. La temperatura massima ammissibile complessiva del trasformatore è di 40°C.

Perdite Totali in una Sala Trasformatori

Le perdite complessive in una sala trasformatori sono calcolate come segue: Le perdite totali nella sala trasformatori sono date da  Qloss=∑Ploss, dove:

Ploss=P0+1.2×Pk75×(SAF/SAN)2

Percorsi di Dissipazione del Calore per le Perdite Totali

Le perdite totali vengono dissipate attraverso Qv=Qloss1+Qloss2+Qloss3

Calcolo della Dissipazione Termica per Ogni Parte

Calore dissipato mediante convezione naturale dell'aria: Qloss1=0.098×A1.2×sqrtHΔuL3

Calore dissipato mediante convezione forzata dell'aria (vedi Figura 3): Qloss3=VL×CpL×ρ

Calore dissipato attraverso pareti e soffitto (vedi Figura 4):Qloss2=0.7×AW×KW×ΔuW+AD×KD×ΔuD

Spiegazione dei Significati dei Simboli

• Pv: Perdita di potenza del trasformatore in kW

• Qv: Dissipazione termica totale in kW

• QW,D: Dissipazione termica attraverso pareti e soffitto in kW

• AW,D: Area delle pareti e del soffitto in \(m^2\)

• KW,D: Coefficiente di trasferimento termico in \(kW/m^2K\)

• SAF: Potenza per il tipo di raffreddamento AF in kVA

• SAN: Potenza per il tipo di raffreddamento AN in kVA

• VL: Portata d'aria in \(m^3/s\) o \(m^3/h\)

• Qv1: Parte del calore dissipato mediante convezione naturale dell'aria in kW

• Qv2: Parte del calore dissipato attraverso pareti e soffitto in kW

• Qv3: Parte del calore dissipato mediante convezione forzata dell'aria in kW

La Figura 5 presenta i livelli di rumore di vari trasformatori secondo la Pubblicazione IEC 551. Il rumore magnetico deriva dalle oscillazioni del nucleo di ferro (che dipendono dall'induzione) e si basa sulle proprietà materiali delle lamierie del nucleo.

La potenza acustica (Figura 6) è una misura del livello di rumore prodotto da una sorgente acustica.