Guida alle caratteristiche, installazione, operazione e messa in servizio dei trasformatori a secco della serie SC

I trasformatori a secco si riferiscono a trasformatori di potenza in cui il nucleo e le spire non sono immersi nell'olio. Al contrario, le spire e il nucleo vengono colati insieme (solitamente con resina epoxidica) e raffreddati tramite convezione naturale dell'aria o raffreddamento forzato ad aria. Come un tipo relativamente nuovo di apparecchiature per la distribuzione di energia, i trasformatori a secco sono stati ampiamente utilizzati nei sistemi di trasmissione e distribuzione di energia in officine industriali, edifici alti, centri commerciali, aeroporti, porti, metropolitane e piattaforme petrolifere offshore. Possono inoltre essere combinati con armadi di manovra per formare sottostazioni prefabbricate compatte e integrate.

Attualmente, la maggior parte dei trasformatori a secco prodotti in Cina sono unità trifase solidificate SC-series, come ad esempio: serie SCB9 di trasformatori trifase avvolto, serie SCB10 di trasformatori trifase a nastro, e serie SCB9 di trasformatori trifase a nastro. Le loro tensioni nominali variano generalmente da 6 kV a 35 kV, con capacità massime che raggiungono fino a 25 MVA. Questo documento si concentrerà sui trasformatori a secco trifase della serie SC per fornire una spiegazione dettagliata delle loro caratteristiche e delle procedure di installazione/messa in servizio.

1. Caratteristiche dei Trasformatori a Secco

A differenza dei trasformatori a olio, i trasformatori a secco non contengono olio, eliminando quindi i rischi di incendi, esplosioni e inquinamento. Pertanto, i codici elettrici e le normative non richiedono che i trasformatori a secco siano installati in una stanza separata. In particolare nelle serie più recenti, le perdite e i livelli di rumore sono stati ridotti a nuovi minimi, rendendo fattibile l'installazione del trasformatore nella stessa stanza di distribuzione degli armadi di bassa tensione.

1.1 Sistema di Controllo della Temperatura dei Trasformatori a Secco
Il funzionamento sicuro e la durata di vita di un trasformatore a secco dipendono in larga misura dalla sicurezza e affidabilità dell'isolamento delle spire. Il fallimento dell'isolamento causato da temperature delle spire superiori al limite termico di resistenza dell'isolante è una delle principali cause di funzionamento anomalo del trasformatore. Pertanto, monitorare la temperatura di funzionamento del trasformatore e implementare funzioni di allarme e controllo sono estremamente importanti.

1.2 Metodi di Protezione dei Trasformatori a Secco
A seconda delle condizioni ambientali e dei requisiti di protezione, ai trasformatori a secco possono essere equipaggiati con diversi involucri. Gli involucri classificati IP23 sono comunemente selezionati, che impediscono l'entrata di oggetti solidi stranieri maggiori di 12 mm e piccoli animali come topi, serpenti, gatti e uccelli, prevenendo guasti gravi come cortocircuiti e interruzioni di corrente, fornendo così una barriera di sicurezza per le parti attive. Se il trasformatore deve essere installato all'esterno, può essere utilizzato un involucro IP23; oltre alla protezione offerta dal IP20, impedisce anche la caduta di gocce d'acqua con angoli fino a 60° dalla verticale. Tuttavia, un involucro IP23 riduce la capacità di raffreddamento del trasformatore, pertanto è necessario prestare attenzione alla derating della sua capacità operativa.

1.3 Metodi di Raffreddamento dei Trasformatori a Secco
I trasformatori a secco utilizzano due metodi di raffreddamento: raffreddamento ad aria naturale (AN) e raffreddamento ad aria forzata (AF). Con il raffreddamento ad aria naturale, il trasformatore può funzionare continuativamente alla sua capacità nominale. Con il raffreddamento ad aria forzata, la capacità di uscita del trasformatore può essere aumentata del 50%. Questo modo è adatto per sovraccarichi intermittenti o condizioni di emergenza. Tuttavia, durante il funzionamento a sovraccarico, le perdite di carico e la tensione d'impedenza aumentano significativamente, risultando in un funzionamento non economico; pertanto, dovrebbe essere evitato il funzionamento a sovraccarico continuativo prolungato.

1.4 Capacità di Sovraccarico dei Trasformatori a Secco
La capacità di sovraccarico di un trasformatore a secco dipende dalla temperatura ambiente, dalla condizione di carico prima del sovraccarico (carico iniziale), dalle prestazioni di dissipazione termica dell'isolante e dalla costante temporale termica. Se necessario, il produttore può fornire una curva di sovraccarico per il trasformatore a secco. Attualmente, la capacità produttiva annuale di trasformatori a secco isolati con resina in Cina ha raggiunto 10.000 MVA, rendendola uno dei maggiori produttori e consumatori mondiali di trasformatori a secco. 

Con l'ampia adozione di trasformatori a basso rumore (per i trasformatori di distribuzione ≤2500 kVA, il rumore è controllato al di sotto di 50 dB) e di trasformatori a basso consumo della serie SC(B)9 (che riducono le perdite a vuoto fino al 25%), le specifiche di prestazioni e la tecnologia di produzione dei trasformatori a secco in Cina hanno raggiunto livelli avanzati a livello mondiale.

2. Installazione e Messa in Servizio dei Trasformatori a Secco

2.1 Ispezione Prima dell'Installazione (Allo Sbaldanzamento)
Verificare se l'imballaggio è integro. Dopo lo sbalordamento del trasformatore, verificare che i dati sulla targa coincidano con i requisiti di progettazione, che tutta la documentazione di fabbrica sia completa, che il trasformatore stesso non presenti danni né segni di danni esterni, che i componenti non siano stati spostati o danneggiati, che le parti di supporto elettrico o i cavi di collegamento non siano danneggiati, e infine confermare che i pezzi di ricambio non siano danneggiati o mancanti.

2.2 Installazione del trasformatore
In primo luogo, ispezionare la fondazione del trasformatore e verificare se le placche di acciaio incorporate siano livellate. Non devono esserci vuoti sotto le placche di acciaio per garantire una buona resistenza sismica e prestazioni di assorbimento acustico della fondazione; altrimenti, il livello di rumore del trasformatore installato aumenterà. Quindi, utilizzare dei rulli per spostare il trasformatore nella sua posizione di installazione, rimuovere i rulli e regolare con precisione il trasformatore nella sua posizione progettata, assicurando che l'errore di livellamento rispetti i requisiti di progettazione. Infine, saldare quattro sezioni di canale corto vicino ai quattro angoli della base del trasformatore sulle placche di acciaio incorporate per prevenire lo spostamento durante l'operazione.

2.3 Collegamento del trasformatore
Durante il collegamento, mantenere il minimo spazio richiesto tra le parti attive e tra le parti attive e il terreno, in particolare la distanza tra i cavi e l'avvolgimento ad alta tensione. Le barre di alimentazione a bassa tensione ad alta corrente devono essere supportate indipendentemente e non devono essere connesse direttamente ai terminali del trasformatore, poiché ciò creerebbe una tensione meccanica e un momento di torsione eccessivi. Quando la corrente supera 1000 A (ad esempio, la barra di alimentazione a bassa tensione da 2000 A utilizzata in questo progetto), deve essere installata una connessione flessibile tra la barra di alimentazione e il terminale del trasformatore per compensare l'espansione e contrazione termica del conduttore e per isolare la vibrazione tra la barra di alimentazione e il trasformatore. Tutte le connessioni elettriche devono mantenere una pressione di contatto adeguata e dovrebbero utilizzare elementi elastici (come molle a disco o rondelle a molla). Durante l'asserragliamento delle viti di connessione, deve essere utilizzato un chiave dinamometrica, seguendo i valori di coppia consigliati dal produttore come mostrato nella Tabella 1:

2.4 Collegamento a terra del trasformatore
Il punto di collegamento a terra del trasformatore si trova alla base del lato a bassa tensione, con un bullone di collegamento a terra dedicato e marcato con un simbolo di collegamento a terra. Il trasformatore deve essere collegato in modo affidabile al sistema di protezione a terra attraverso questo punto. Quando il trasformatore è dotato di una custodia, la custodia deve essere collegata in modo affidabile al sistema di protezione a terra. In caso di un sistema trifase quadripolare sul lato a bassa tensione, il conduttore neutro deve essere collegato in modo affidabile al sistema di protezione a terra.

2.5 Ispezione prima dell'operazione
Verificare che tutti i fissaggi siano sicuri e non allentati, che tutte le connessioni elettriche siano corrette e affidabili e che i margini di isolamento tra parti sotto tensione e tra parti sotto tensione e terra siano conformi alle specifiche. Non devono esserci oggetti estranei vicino al trasformatore e le superfici delle bobine devono essere pulite.

2.6 Prove prima della messa in servizio

• Verificare il rapporto di trasformazione e la designazione del gruppo di connessione del trasformatore. Misurare la resistenza DC di entrambe le avvolgimenti ad alta e bassa tensione e confrontare i risultati con i dati di prova in fabbrica del produttore.

• Controllare la resistenza d'isolamento tra gli avvolgimenti e tra gli avvolgimenti e la terra. Se la resistenza d'isolamento misurata è significativamente inferiore ai valori di fabbrica, ciò indica che il trasformatore ha assorbito umidità. Se la resistenza d'isolamento scende al di sotto di 1000 Ω/V (della tensione di esercizio), il trasformatore deve subire un trattamento di asciugatura.

• La tensione di prova per la prova di resistenza dielettrica deve essere conforme alle specifiche pertinenti. Durante l'esecuzione di una prova di resistenza a bassa tensione, il sensore di temperatura TP100 dovrebbe essere rimosso e reinstallato immediatamente dopo la prova.

• Se il trasformatore è dotato di ventilatori di raffreddamento, alimentarli per verificare il funzionamento normale.

2.7 Prova di funzionamento
Dopo un'ispezione accurata pre-alimentazione, il trasformatore può essere alimentato per la prova di funzionamento. Durante questo periodo, si deve prestare particolare attenzione al seguente:

• Qualsiasi suono, rumore o vibrazione anomala;

• Qualsiasi odore insolito come puzza di bruciato;

• Qualsiasi cambiamento di colore causato da sovraccarico termico localizzato;

• Adeguata ventilazione e circolazione dell'aria.

Inoltre, si devono notare i seguenti punti:

Primo, sebbene i trasformatori a secco abbiano una buona resistenza all'umidità, la loro struttura generalmente aperta li rende ancora suscettibili all'ingresso di umidità—specialmente i trasformatori a secco cinesi, che spesso utilizzano livelli di isolamento inferiori. Pertanto, per una maggiore affidabilità, i trasformatori a secco dovrebbero operare in ambienti con umidità relativa inferiore al 70%. Dovrebbe anche essere evitato il deposito a lungo termine inattivo per prevenire l'assorbimento di umidità grave. Se la resistenza d'isolamento scende al di sotto di 1000 Ω/V (della tensione di esercizio), ciò indica un ingresso di umidità grave e la prova di funzionamento deve essere interrotta.

Secondo, i trasformatori a secco utilizzati per applicazioni di elevazione di tensione nelle centrali elettriche differiscono dai trasformatori a olio: non devono essere operati con il lato a bassa tensione in cortocircuito. Un avvolgimento a bassa tensione in cortocircuito potrebbe permettere l'insorgere di sovratensioni trasferite—causate da impulsi di commutazione o colpi di fulmine sul lato di rete—di rompere l'isolamento del trasformatore. Per proteggere contro tali sovratensioni trasferite, dovrebbe essere installato un set di parafulmini (ad esempio, parafulmini Y5CS a ossido di zinco) sul lato busbar del trasformatore.

3.Conclusione
Come componente chiave dei sistemi di trasmissione e distribuzione di energia, i trasformatori a secco sono sempre più apprezzati dagli utenti a causa della loro elevata resistenza all'isolamento, della forte capacità di sopportare i cortocircuiti e dei vantaggi come essere ecologici, antincendio, antiesplosione e senza manutenzione. Pertanto, il personale di installazione deve applicare metodi professionali e scientifici per completare in modo esaustivo tutte le attività preparatorie e affrontare prontamente e riassumere qualsiasi problema riscontrato durante l'installazione per garantire il funzionamento sicuro dell'equipaggiamento.