17 Domande Comuni sui Trasformatori Elettrici

1 Perché il nucleo del trasformatore deve essere collegato a terra?
Durante l'operazione normale dei trasformatori di potenza, il nucleo deve avere un collegamento a terra affidabile. Senza il collegamento a terra, una tensione galleggiante tra il nucleo e la terra causerebbe scariche intermittenti. Il collegamento a terra in un solo punto elimina la possibilità di una tensione galleggiante nel nucleo. Tuttavia, quando esistono due o più punti di collegamento a terra, i potenziali non uniformi tra le sezioni del nucleo creano correnti circolanti tra i punti di collegamento, causando guasti per riscaldamento multi-punto. I guasti di collegamento a terra del nucleo possono causare sovrariscaldamenti localizzati. In casi gravi, la temperatura del nucleo aumenta significativamente, attivando allarmi di gas leggero e, potenzialmente, causando l'attivazione della protezione contro il gas pesante. Le sezioni del nucleo fuse creano cortocircuiti tra le lamine, aumentando le perdite del nucleo e influendo seriamente sulle prestazioni e sull'operazione del trasformatore, talvolta richiedendo la sostituzione delle lamine di silicio-acciaio. Pertanto, i nuclei dei trasformatori devono avere esattamente un punto di collegamento a terra - non uno di più e non uno di meno.

2 Perché si utilizzano le lamine di acciaio al silicio per i nuclei dei trasformatori?
I nuclei comuni dei trasformatori sono realizzati con lamine di acciaio al silicio. L'acciaio al silicio è un acciaio che contiene silicio (anche chiamato sabbia) tra il 0,8% e il 4,8%. L'acciaio al silicio viene utilizzato perché ha eccellenti proprietà magnetiche e può generare una densità di flusso magnetico elevata nelle spire alimentate, consentendo dimensioni minori del trasformatore. I trasformatori operano sempre in condizioni di corrente alternata, con perdite di potenza che si verificano non solo nella resistenza delle spire ma anche nel nucleo sotto magnetizzazione alternata. Le perdite di potenza nel nucleo sono chiamate "perdite di ferro", costituite da "perdite di isteresi" e "perdite per correnti vorticoso". Le perdite di isteresi si verificano durante la magnetizzazione a causa dell'isteresi magnetica, con perdite proporzionali all'area racchiusa dal ciclo di isteresi del materiale. L'acciaio al silicio ha un ciclo di isteresi stretto, risultando in perdite di isteresi inferiori e in un riscaldamento ridotto.

Se l'acciaio al silicio ha questi vantaggi, perché non utilizzare blocchi solidi? Perché i nuclei laminati riducono un altro tipo di perdita di ferro - le perdite per correnti vorticoso. Durante l'operazione, la corrente alternata nelle spire crea un flusso magnetico alternato, inducendo correnti nel nucleo. Queste correnti indotte scorrono in circuiti chiusi perpendicolari alla direzione del flusso, formando correnti vorticoso che causano riscaldamento. Per ridurre le perdite per correnti vorticoso, i nuclei dei trasformatori utilizzano lamine di acciaio al silicio isolate impilate insieme, costringendo le correnti vorticoso a passare attraverso percorsi stretti con sezioni trasversali più piccole per aumentare la resistenza. Inoltre, lo silicio nell'acciaio aumenta la resistività, ulteriormente riducendo le correnti vorticoso. I nuclei dei trasformatori utilizzano tipicamente lamine di acciaio al silicio freddolaminate dello spessore di 0,35 mm, tagliate a misura e impilate in forme "E-I" o "C". In teoria, lamine più sottili e strisce più strette ridurrebbero meglio le correnti vorticoso. Questo ridurrebbe le perdite per correnti vorticoso, diminuirebbe l'aumento di temperatura e risparmierebbe materiale. Tuttavia, la fabbricazione pratica del nucleo considera vari fattori - lamine eccessivamente sottili aumenterebbero notevolmente i costi di manodopera e ridurrebbero l'area effettiva del nucleo. Pertanto, le dimensioni delle lamine di acciaio al silicio per i nuclei dei trasformatori devono bilanciare varie considerazioni per ottenere un progetto ottimale.

3 Qual è l'intervallo di protezione della protezione Buchholz (a gas)?

• Cortocircuiti multi-fasi interni al trasformatore
• Cortocircuiti tra spire, cortocircuiti tra spire e nucleo o serbatoio
• Guasti del nucleo
• Calo del livello d'olio o perdita d'olio
• Contatto povero nei cambiatori di presa o saldatura difettosa dei conduttori

4 Quali sono le differenze tra la protezione differenziale principale del trasformatore e la protezione Buchholz?

• La protezione differenziale principale del trasformatore opera sui principi della corrente circolante, mentre la protezione Buchholz opera in base alla generazione di gas durante i guasti interni del trasformatore.
• La protezione differenziale serve come protezione principale per i trasformatori, mentre la protezione Buchholz è la protezione principale per i guasti interni del trasformatore.
• Gli intervalli di protezione sono diversi:
  A) La protezione differenziale copre:
  • Cortocircuiti multi-fasi negli ingressi e nelle spire del trasformatore principale
  • Cortocircuiti turn-to-turn severi
  • Guasti a terra sulle spire e sugli ingressi in sistemi di messa a terra ad alta corrente
• B) La protezione Buchholz copre:
• • Cortocircuiti multi-fasi interni al trasformatore
  • Cortocircuiti turn-to-turn, cortocircuiti tra spire e nucleo o serbatoio
  • Guasti del nucleo (danni per sovrariscaldamento)
  • Calo del livello d'olio o perdita d'olio
  • Contatto povero nei cambiatori di presa o saldatura difettosa dei conduttori

5 Come gestire i guasti dei raffreddatori del trasformatore principale?

• Quando le fonti di alimentazione di lavoro per le sezioni I e II dei raffreddatori vengono perse, appare un segnale di "mancanza di energia #1, #2" e si attiva il circuito di interruzione totale del raffreddatore del trasformatore principale. Si deve immediatamente segnalare al servizio di dispatch e disabilitare questo set di protezione.
• Se il cambio tra le fonti di alimentazione I e II fallisce durante l'operazione, si illumina l'indicatore "raffreddatore fermo totale", attivando il circuito di interruzione totale del raffreddatore del trasformatore principale. Si deve immediatamente segnalare al servizio di dispatch per disabilitare questo set di protezione e eseguire rapidamente il cambio manuale. Se i contattori KM1 o KM2 hanno subito un guasto, non forzare l'eccitazione.
• Quando qualsiasi singolo circuito di raffreddamento fallisce, isolare il circuito di raffreddamento difettoso.

6 Quali sono le conseguenze quando trasformatori che non soddisfano le condizioni per l'operazione in parallelo vengono fatti funzionare in parallelo?
Quando trasformatori con rapporti di trasformazione diversi operano in parallelo, si sviluppano correnti circolanti, che influiscono sulla capacità di uscita del trasformatore. Quando trasformatori con impedenze percentuali diverse operano in parallelo, i carichi non possono essere distribuiti secondo i rapporti di capacità dei trasformatori, influendo anche sulla capacità di uscita. Quando trasformatori con gruppi di connessione diversi operano in parallelo, si verificano cortocircuiti nei trasformatori.

7 Quali sono le cause dei rumori anomali nei trasformatori?

• Sovraccarico
• Contatti interni difettosi che causano archi di scarica
• Componenti individuali allentati
• Terra o cortocircuiti nel sistema
• Avvio di motori di grandi dimensioni che causa fluttuazioni significative del carico

8 Quando non dovrebbe essere regolato il cambio di tensione di un trasformatore a cambio di tensione sotto carico?

• Durante l'operazione a sovraccarico del trasformatore (tranne in circostanze speciali)
• Quando la protezione a gas leggero del cambio di tensione sotto carico si attiva frequentemente
• Quando il manometro del cambio di tensione sotto carico indica assenza di olio
• Quando il numero di cambiamenti di tensione supera i limiti specificati
• Quando il dispositivo di cambio di tensione mostra anomalie

9 Cosa rappresentano i valori nominali su una targa di un trasformatore?
I valori nominali dei trasformatori sono specifiche stabilite dai produttori per l'operazione normale del trasformatore. Operare entro questi valori nominali garantisce un funzionamento affidabile a lungo termine con buone prestazioni. I valori nominali includono:

• Capacità nominale: La capacità di uscita garantita in condizioni nominate, espressa in volt-ampere (VA), kilovolt-ampere (kVA) o megavolt-ampere (MVA). A causa dell'alta efficienza del trasformatore, le capacità nominali delle spire primaria e secondaria sono generalmente progettate per essere uguali.
• Tensione nominale: La tensione terminale garantita in condizioni a vuoto, espressa in volt (V) o kilovolt (kV). A meno che non sia specificato diversamente, la tensione nominale si riferisce alla tensione line-linea.
• Corrente nominale: La corrente line-linea calcolata dalla capacità nominale e dalla tensione nominale, espressa in amperes (A).
• Corrente a vuoto: La corrente di eccitazione come percentuale della corrente nominale durante l'operazione a vuoto.
• Perdita a cortocircuito: La perdita di potenza attiva quando una spira è cortocircuitata e la tensione viene applicata all'altra spira per ottenere la corrente nominale in entrambe le spire, espressa in watt (W) o kilowatt (kW).
• Perdita a vuoto: La perdita di potenza attiva durante l'operazione a vuoto, espressa in watt (W) o kilowatt (kW).
• Tensione a cortocircuito: Anche chiamata tensione di impedenza, la percentuale della tensione applicata rispetto alla tensione nominale quando una spira è cortocircuitata e l'altra spira porta la corrente nominale.
• Gruppo di connessione: Indica i metodi di connessione delle spire primaria e secondaria e la differenza di fase tra le tensioni line-linea, rappresentata utilizzando la notazione oraria.

10 Perché gli inversori a sorgente di corrente richiedono una capacità di trasformatore maggiore?
Il progetto del trasformatore considera tipicamente la capacità nominale piuttosto che la potenza nominale, poiché la corrente è relativa solo alla capacità nominale. Per gli inversori a sorgente di tensione, il fattore di potenza di ingresso è vicino a 1, quindi la capacità nominale e la potenza nominale sono quasi uguali. Gli inversori a sorgente di corrente sono diversi - il loro fattore di potenza di ingresso del trasformatore è al massimo uguale al fattore di potenza del motore induttivo di carico. Pertanto, per lo stesso motore di carico, la capacità nominale deve essere maggiore rispetto ai trasformatori utilizzati con gli inversori a sorgente di tensione.

11 Quali fattori influenzano la capacità del trasformatore?
La scelta del nucleo è correlata alla tensione, mentre la scelta del conduttore è correlata alla corrente - lo spessore del conduttore influenza direttamente la generazione di calore. In altre parole, la capacità del trasformatore è correlata solo alla generazione di calore. Per un trasformatore ben progettato che opera in condizioni di dissipazione del calore povere, un'unità da 1000 kVA potrebbe operare a 1250 kVA con un raffreddamento migliorato. Inoltre, la capacità nominale è correlata all'aumento di temperatura consentito. Ad esempio, un trasformatore da 1000 kVA con un aumento di temperatura consentito di 100K potrebbe superare la capacità di 1000 kVA se fosse consentito operare a 120K in circostanze speciali. Questo dimostra che migliorare le condizioni di raffreddamento del trasformatore può aumentare la sua capacità nominale. Al contrario, per un inverter della stessa capacità, le dimensioni dell'armadio del trasformatore possono essere ridotte.

12 Come migliorare l'efficienza del trasformatore?

• Se possibile, selezionare trasformatori a bassa perdita e ad alta efficienza energetica
• Scegliere la capacità del trasformatore in modo ragionevole in base alle condizioni di carico
• Mantenere il fattore di carico medio del trasformatore superiore al 70%
• Considerare la sostituzione con trasformatori di capacità inferiore quando il fattore di carico medio è costantemente inferiore al 30%
• Migliorare il fattore di potenza del carico per migliorare la capacità del trasformatore di fornire potenza attiva
• Configurare in modo ragionevole i carichi per minimizzare il numero di trasformatori in funzione

13 Perché accelerare la riconversione tecnica dei trasformatori di distribuzione ad alto consumo energetico?
I trasformatori di distribuzione ad alto consumo energetico si riferiscono principalmente ai trasformatori delle serie SJ, SJL, SL7, S7, le cui perdite di ferro e rame sono molto superiori ai trasformatori della serie S9 attualmente diffusi. Ad esempio, rispetto all'S9, l'S7 ha perdite di ferro più elevate del 11% e perdite di rame più elevate del 28%. I trasformatori più recenti come S10 e S11 sono ancora più efficienti dal punto di vista energetico rispetto all'S9, mentre i trasformatori con lega amorfica hanno perdite di ferro equivalenti solo al 20% di quelli S7. I trasformatori generalmente hanno una vita utile di diversi decenni. Sostituire i trasformatori ad alto consumo energetico con modelli ad alta efficienza non solo migliora l'efficienza di conversione dell'energia, ma realizza anche notevoli risparmi di elettricità nel corso della loro vita.

14 Cos'è la corrente indotta? Quali danni causa la corrente indotta?
Quando una corrente alternata fluisce attraverso un conduttore, crea un campo magnetico alternato intorno al conduttore. Questo campo alternato induce correnti all'interno dei conduttori solidi. Poiché queste correnti indotte formano anelli chiusi all'interno del conduttore simili a vortici d'acqua, vengono chiamate correnti indotte. Le correnti indotte non solo sprecano energia elettrica, riducendo l'efficienza degli apparecchi, ma causano anche riscaldamento negli apparecchi elettrici (come i nuclei dei trasformatori), potenzialmente influendo sull'operatività normale degli apparecchi quando sono gravi.

15 Perché la protezione istantanea del trasformatore deve evitare la corrente di cortocircuito a bassa tensione?
Questo considera principalmente la selettività nell'operazione della protezione relè. La protezione istantanea sul lato ad alta tensione protegge principalmente da gravi guasti esterni del trasformatore. Durante l'impostazione, se la protezione non evita la corrente massima di cortocircuito sul lato a bassa tensione del trasformatore, l'intervallo di protezione si estenderebbe alle linee uscenti a bassa tensione, poiché i valori di corrente di cortocircuito non cambiano significativamente in un breve intervallo vicino all'uscita a bassa tensione. Ciò comprometterebbe la selettività. Sebbene la protezione non selettiva sia più affidabile, crea inconvenienti operativi. Ad esempio, molti parchi industriali hanno stanze principali di distribuzione a 10kV (bus a 10kV + interruttori di uscita), con ogni officina dotata di anelli di distribuzione a bassa tensione (unità a mazzo principale + trasformatori). Se gli interruttori non evitano la corrente massima di cortocircuito sul lato a bassa tensione del trasformatore, gli interruttori principali a bassa tensione (interruttori di carico fuso unità a mazzo principale) e gli interruttori a media tensione agirebbero entrambi, causando difficoltà operative.

16 Perché non è consentito che due trasformatori in parallelo abbiano contemporaneamente i punti neutri collegati a terra?
Nei sistemi ad alta corrente, per soddisfare i requisiti di coordinamento di sensibilità per la protezione relè, alcuni trasformatori principali devono essere collegati a terra mentre altri rimangono senza collegamento a terra. In una stazione con due trasformatori principali, non collegare simultaneamente entrambi i punti neutri a terra riguarda principalmente la coordinazione della protezione di corrente zero sequenza e di tensione zero sequenza. Nelle sottostazioni con più trasformatori in parallelo, tipicamente alcuni punti neutri dei trasformatori sono collegati a terra mentre altri rimangono senza collegamento. Questo limita la corrente di guasto a terra a livelli ragionevoli e minimizza l'impatto dei cambiamenti di modalità operativa sull'entità e sulla distribuzione delle correnti zero sequenza nella rete, migliorando la sensibilità dei sistemi di protezione di corrente zero sequenza.

17 Perché eseguire test di accensione impulso prima di mettere in servizio trasformatori nuovi o revisionati?
La disconnessione di un trasformatore scarico dalla rete crea sovratensioni di commutazione. Nei sistemi di terra a corrente piccola, queste sovratensioni possono raggiungere 3-4 volte la tensione nominale di fase; nei sistemi di terra a corrente elevata, possono raggiungere 3 volte la tensione nominale di fase. Pertanto, per verificare se l'isolamento del trasformatore può resistere alla tensione nominale e alle sovratensioni di commutazione operativa, è necessario eseguire più test di accensione impulso prima della messa in servizio. Inoltre, l'energizzazione di trasformatori scarico produce una corrente di innesco magnetico, che può raggiungere 6-8 volte la corrente nominale. Poiché l'innesco magnetico genera forze elettromagnetiche significative, i test di accensione impulso verificano efficacemente anche la robustezza meccanica del trasformatore e se la protezione relè potrebbe malfunzionare.