Quali sono i test di routine per i trasformatori di tensione esterni?

1. Introduzione

I trasformatori di tensione esterni sono attrezzature chiave per garantire la sicurezza degli apparecchi elettrici. È necessaria un'analisi scientifica e completa dei test per evitare rischi e perdite di proprietà causati da una manovra errata. L'analisi dei test può guidare la formulazione di strategie operative e precauzioni, assicurando il funzionamento stabile dell'attrezzatura e massimizzando i benefici economici e sociali.

2. Concetto di Trasformatori di Tensione Esterni

Un trasformatore di tensione esterno è essenzialmente un trasformatore riduttore esterno, con la funzione principale di isolare l'elettricità ad alta tensione:

• Convertire l'elettricità ad alta tensione in una tensione secondaria di 100V o inferiore in proporzione per soddisfare le esigenze degli strumenti di misura e della protezione differenziale.

• Utilizzato per il controllo/sorveglianza dell'uscita delle linee nelle centrali elettriche e nei centri di trasformazione, nonché per il calcolo dell'energia tra la rete elettrica e gli utenti, e tra le centrali elettriche e le stazioni.
  Ha un alto valore e applicabilità e deve essere utilizzato in modo ragionevole per massimizzare il suo valore.

2.1 Metodi di Prova e Principi di Funzionamento

Il metodo di connessione inversa viene spesso utilizzato per testare i trasformatori di tensione esterni. Il metodo di connessione inversa rileva la tangente dell'angolo di perdita dielettrica dell'isolamento delle seguenti tre parti:

• Isolamento tra lo schermo elettrostatico primario (terminale X) e le avvolgimenti secondari e terziari.

• Isolamento tra l'avvolgimento primario e le estremità degli avvolgimenti secondari e terziari.

• Isolamento tra il supporto isolante e il terreno.

2.2 Analisi dei Difetti del Metodo di Connessione Inversa

Il metodo di connessione inversa presenta tre difetti:

• Limitazione della Misurazione: Riflette principalmente la tangente dell'angolo di perdita dielettrica dell'isolamento tra lo schermo elettrostatico primario e gli avvolgimenti secondari e terziari. Poiché la capacità di questa parte raggiunge 1000pF, che è molto maggiore di quella delle altre due parti (decine di picofarad), è difficile riflettere il cambiamento dell'angolo di perdita dielettrica delle ultime due parti.

• Bassa Tensione di Prova: Il livello di isolamento della fine di terra dell'avvolgimento ad alta tensione del trasformatore di tensione a cascata è basso. La tensione di prova progettata dal produttore è di 2000V, e solitamente si possono applicare solo 1600V nei test preventivi (alcune unità hanno utilizzato 2500-3000V. Anche se possono rilevare l'ingresso d'acqua e l'umidità, la tensione complessiva è relativamente bassa, influendo sulla sensibilità della misurazione del ponte).

• Interferenza da Inquinamento: L'inquinamento della piastra terminale e della piccola guaina di porcellana condotta dal terminale X aumenterà l'errore di misurazione. Sebbene si possa utilizzare il metodo di connessione diretta per ridurre l'impatto (il metodo di connessione diretta misura anche la tangente dell'angolo di perdita dielettrica tra lo schermo elettrostatico primario e gli avvolgimenti secondari e terziari), l'errore di misurazione del metodo di connessione diretta stesso è ancora elevato.

Per essere precisi, i trasformatori di tensione e i trasformatori di potenza hanno pressappoco lo stesso principio di funzionamento. La loro struttura di base consiste in tre parti: nucleo di ferro, avvolgimento primario e avvolgimento secondario. La funzione principale di un trasformatore di potenza è trasmettere energia elettrica, quindi generalmente ha una grande capacità. Un trasformatore di tensione ha principalmente la funzione di trasformare la tensione, assicurando l'alimentazione per gli strumenti di misura e i dispositivi di protezione differenziale, e misurando la tensione, la potenza e l'energia elettrica nei circuiti. Si noti che i trasformatori di tensione possono anche analizzare e monitorare i guasti della linea. Questi fattori determinano che i trasformatori di tensione esterni hanno capacità relativamente piccole. Normalmente, i trasformatori di tensione esterni operano in condizioni a vuoto. Il diagramma di analisi del principio di funzionamento del trasformatore di tensione è mostrato nella Figura 1.

Come si vede dal diagramma, l'avvolgimento ad alta tensione di un trasformatore di tensione è parallelo ad altri circuiti rilevanti nel circuito primario. La tensione secondaria è proporzionale alla tensione primaria e ne riflette il valore. Il rapporto tra le tensioni nominali degli avvolgimenti primario e secondario è il rapporto di trasformazione nominale, solitamente K_n = U₁/U₂. Inoltre, l'avvolgimento primario è in parallelo nel circuito primario, quindi il lato secondario non può essere cortocircuitato — un cortocircuito genererebbe una forte corrente, danneggiando il trasformatore e paralizzando la linea in casi gravi. Analogamente, durante i test dei trasformatori di tensione esterni, per evitare tensioni troppo alte o troppo basse, collegare a terra l'avvolgimento secondario, il nucleo di ferro e la scatola. Ciò garantisce la sicurezza del trasformatore e dell'attrezzatura esterna anche in caso di incidenti.

3. Classificazione dei Trasformatori di Tensione Esterni

• Classificati in base al principio di funzionamento dei trasformatori di tensione: trasformatori di tensione elettromagnetici e trasformatori di tensione capacitivi.

• Classificati in base alle caratteristiche delle specifiche condizioni di lavoro all'aperto: trasformatori di tensione esterni convenzionali e trasformatori di tensione esterni speciali.

• Classificati in base al numero di fasi dei trasformatori di tensione: tipo monofase e trifase. Generalmente, un trasformatore di tensione monofase si riferisce a uno che può essere fabbricato per qualsiasi livello di tensione e può eseguire la conversione richiesta in diverse condizioni per assicurare tutti i cambiamenti necessari; mentre un trasformatore di tensione trifase è limitato a livelli di tensione di 10 kV e inferiori.Anche se questo tipo di trasformatore di tensione ha certe limitazioni in larga misura, è relativamente adatto per svolgere il suo valore e il suo ruolo in situazioni specifiche.

• Classificati in base al numero di avvolgimenti dei trasformatori di tensione: tipo combinato a doppio avvolgimento e tipo combinato a triplo avvolgimento.

• Classificati in base alla struttura di isolamento: tipo secco, tipo colato a plastica, tipo a gas e tipo immerso in olio. Ovviamente, per quanto riguarda quale tipo di trasformatore di tensione esterno utilizzare, è necessario considerare pienamente l'ambiente di lavoro e le caratteristiche effettive dell'intero trasformatore di tensione per un'analisi specifica.

4. Analisi dei Modelli di Collegamento dei Trasformatori di Tensione Esterni nei Test di Routine

Nell'intero test dei trasformatori di tensione esterni, il modello di collegamento è un anello relativamente chiave e importante nell'intero trasformatore di tensione, e dobbiamo analizzarlo per garantire la sicurezza e la stabilità dell'intero test.

4.1 Collegamento Monofilare

È un modello di collegamento che utilizza un trasformatore di tensione monofase per misurare la tensione di una certa fase rispetto a terra o la tensione tra fasi. Il metodo di collegamento di questo trasformatore di tensione viene utilizzato principalmente per circuiti trifasi relativamente simmetrici.

4.2 Modalità di Collegamento V - V

La cosiddetta modalità di collegamento V - V si riferisce al collegamento di due trasformatori monofase in una struttura incompleta. Questa modalità di collegamento può essere utilizzata per misurare meglio la tensione tra fasi, ma ha anche un inconveniente, ovvero non può misurare la tensione a terra. Più notevolmente, è ampiamente utilizzata in reti elettriche con una tensione di 20 kV e inferiore dove il punto neutro non è collegato a terra o è collegato a terra tramite un raddrizzatore d'arco.

4.3 Collegamento Y0 - Y0

Questa modalità di collegamento collega principalmente entrambi i lati primario e secondario del trasformatore monofase di un singolo trasformatore di tensione nel tipo Y0. Questa modalità di collegamento ha un grande vantaggio, ovvero può fornire alimentazione agli strumenti e ai relè che richiedono tensione e agli strumenti di monitoraggio dell'isolamento che richiedono tensione di fase. Generalmente, questa modalità di collegamento viene utilizzata solo in sistemi inferiori a 35 kV.

5. Analisi delle Precauzioni Durante i Test di Routine dei Trasformatori di Tensione Esterni

• Durante il processo di test, prima del test formale del trasformatore di tensione, è necessario un trattamento e una misurazione scientifici della polarità e della resistenza di isolamento del trasformatore di tensione. Questo è per garantire che il trasformatore di tensione non subisca perdite inutili a causa di fattori esterni durante il test.

• Il collegamento del trasformatore di tensione esterno deve essere corretto. In particolare, si deve notare che l'avvolgimento primario e il circuito sottoposto a test devono essere collegati in parallelo, e l'avvolgimento secondario e i bobinaggi di tensione degli strumenti di misura e dei dispositivi di protezione differenziale collegati devono essere collegati in parallelo. Si deve anche notare che la correttezza della polarità deve essere garantita simultaneamente.

• Durante il test, il carico sul lato secondario del trasformatore di tensione non dovrebbe superare la sua capacità nominale specificata in condizioni normali. Se supera, porterà a un errore di dati elevato dell'intero trasformatore, e non sarà possibile ottenere i valori normali richiesti.

• Il lato secondario del trasformatore di tensione non deve essere cortocircuitato. Questo perché l'impedenza interna del trasformatore di tensione è molto piccola. Se il circuito viene cortocircuitato, si genererà una corrente elevata, che causerà un danno significativo all'intera attrezzatura del trasformatore di tensione. In casi gravi, potrebbe persino minacciare la sicurezza personale del personale di test. Inoltre, se possibile, dovrebbe essere installata certa attrezzatura di protezione e monitoraggio sul lato primario per garantire la stabilità dell'intero sistema di test e evitare situazioni inutili.

• Per garantire meglio la misurazione dei test pertinenti e la sicurezza del personale sperimentale, l'avvolgimento secondario deve essere collegato a terra in un punto durante l'esperimento. Il vantaggio di ciò è che, anche in caso di danni all'isolamento, può garantire bene la sicurezza delle proprietà e delle persone.

6. Conclusione

Attraverso l'analisi dei test dei trasformatori di tensione esterni, sono state formulate metodi di test relativamente completi e scientifici e precauzioni. Assicurare veramente il regolare svolgimento dell'intero test, proteggere la sicurezza delle attrezzature e del personale, e fornire una base affidabile per l'applicazione dei trasformatori di tensione esterni nel campo dell'approvvigionamento elettrico per massimizzare il loro valore.