Come Risolvere i Problemi di Qualità dell'Energia nei Trasformatori del Sistema Elettrico

Trasformatori e Monitoraggio della Qualità dell'Energia

Il trasformatore è un componente fondamentale del sistema di potenza. Il monitoraggio della qualità dell'energia è essenziale per garantire la sicurezza del trasformatore, migliorare l'efficienza del sistema e ridurre i costi di operazione e manutenzione, influendo direttamente sulla affidabilità e sulle prestazioni di tutta la rete elettrica.

Perché Eseguire Test di Qualità dell'Energia sui Trasformatori?

• Garantire l'Operatività Sicura del Trasformatore
  Problemi di qualità dell'energia, come armoniche, fluttuazioni di tensione e squilibrio di carico, possono causare surriscaldamento, invecchiamento dell'isolante, riduzione dell'efficienza e persino guasti prematuri.

• Identificare l'Inquinamento Armonico e Prevenire il Sovraccarico
  I sistemi di potenza moderni utilizzano ampiamente carichi non lineari (ad esempio, sistemi UPS, elettronica di potenza, inverter), che generano correnti armoniche. Queste aumentano le perdite di ferro e rame nei trasformatori. Quando la Distorsione Armonica Totale (THD) supera il 5%, i trasformatori rischiano significativamente di sovraccarico.

• Prevenire il Malfunzionamento degli Apparecchi a Causa delle Fluttuazioni di Tensione
  Le frequenti fluttuazioni di tensione o il flicker possono destabilizzare il trasformatore e gli apparecchi a valle, portando a errori operativi.

• Controllare lo Squilibrio di Carico per Evitare Surriscaldamenti Localizzati
  Lo squilibrio di carico trifase causa una corrente neutrale eccessiva, risultando in surriscaldamenti localizzati, riduzione dell'efficienza e potenziale danno al trasformatore.

• Garantire la Sicurezza del Sistema di Terra e Prevenire Problemi di Tensione N-G
  Un progetto di terra inadeguato può portare alla deriva del punto neutro, causando una tensione Neutro-Terra (N-G) anomala, che interrompe l'operatività del trasformatore e la funzionalità dei dispositivi di protezione.

Come Eseguire un Monitoraggio Sistematico della Qualità dell'Energia sui Trasformatori

Controllo Armonico e Applicazione del Fattore K

• Utilizzare Trasformatori con Fattore K: Selezionare un rating K appropriato (ad esempio, K-4, K-13, K-20) in base alle caratteristiche armoniche del carico per migliorare la capacità del trasformatore di resistere alle correnti armoniche.

• Limitare la THD (Distorsione Armonica Totale): Mantenere la THD al di sotto del 5%, in conformità con gli standard IEEE 519.

• Installare Equipaggiamenti di Filtraggio: Distribuire filtri attivi o passivi vicino alle sorgenti armoniche per ridurre l'iniezione di armoniche nel sistema.

Soppressione della Distorsione e delle Fluttuazioni di Tensione

• Utilizzare Equipaggiamenti di Stabilizzazione della Tensione: Utilizzare Regolatori Automatici di Tensione (AVR) o Generatori Statici di Var (SVG) per stabilizzare la tensione.

• Ottimizzare la Pianificazione del Carico: Evitare l'avvio simultaneo di apparecchi ad alta potenza per minimizzare i cali di tensione.

• Implementare Monitoraggio e Allarme: Distribuire sistemi di monitoraggio della qualità dell'energia per rilevare e segnalare anomalie di tensione in tempo reale.

Mitigazione dello Squilibrio di Carico

• Ottimizzare la Distribuzione del Carico: Mantenere correnti trifase bilanciate.

• Utilizzare Bilanciatori di Carico: Bilanciare automaticamente i carichi nelle applicazioni in cui l'aggiustamento manuale non è praticabile.

• Ispezione e Aggiustamento Regolare: Utilizzare analizzatori di qualità dell'energia per monitorare e correggere periodicamente i livelli di squilibrio.

Pratiche di Terra per Trasformatori

• Progettazione e Manutenzione Adeguata del Sistema di Terra

• Terra Neutrale: Nei Sistemi Derivati Separatamente (SDS), il punto neutro deve essere adeguatamente messo a terra secondo standard come NEC 250 per prevenire la "terra galleggiante."

• Controllo della Tensione N-G: Stabilizzare il potenziale neutrale attraverso un'adeguata messa a terra per minimizzare la tensione Neutro-Terra.

• Resistenza di Terra Conforme: Assicurarsi che la resistenza di terra soddisfi i requisiti normativi (ad esempio, ≤4Ω).

• Evitare la Mescolanza di Terra: Mantenere separati il terra dei segnali e il terra di potenza per ridurre le interferenze.

• Test Periodici: Utilizzare un tester di resistenza di terra per verificare periodicamente l'integrità del sistema.

Dimensionamento della Capacità con Correzione del Fattore di Distorsione

• Considerare il Fattore di Cresta (CF) e il Fattore di Ridimensionamento Armonico (HDF): Regolare la capacità del trasformatore in base alle caratteristiche reali del carico.

• Seguire ANSI/IEEE C57.110: Applicare i fattori di ridimensionamento dello standard per una selezione accurata della capacità.

• Fornire un Margini di Capacità: Riservare dal 10% al 20% di capacità extra durante la progettazione per accogliere carichi futuri ed effetti armonici.