Quali sono i tipi di classificazione dei trasformatori elettrici e le loro applicazioni nei sistemi di accumulazione dell'energia?

I trasformatori di potenza sono equipaggiamenti primari fondamentali nei sistemi elettrici che realizzano la trasmissione dell'energia elettrica e la conversione della tensione. Attraverso il principio dell'induzione elettromagnetica, convertono l'energia elettrica alternata da un livello di tensione a un altro o a più livelli di tensione. Nel processo di trasmissione e distribuzione, svolgono un ruolo cruciale nella "trasmissione ad alta tensione e distribuzione a bassa tensione", mentre nei sistemi di accumulo energetico, eseguono funzioni di elevazione e riduzione della tensione, garantendo una trasmissione efficiente dell'energia e un uso finale sicuro.

1. Classificazione dei trasformatori di potenza

I trasformatori di potenza sono equipaggiamenti chiave nelle sottostazioni, con la loro funzione principale di aumentare o diminuire la tensione dell'energia elettrica nei sistemi elettrici per facilitare la trasmissione, distribuzione e utilizzo razionale dell'elettricità. I trasformatori di potenza nei sistemi di fornitura e distribuzione possono essere classificati da diverse angolazioni.

Per Funzione: Divisi in trasformatori di elevazione e trasformatori di abbassamento. Nei sistemi di trasmissione e distribuzione a lunga distanza, i trasformatori di elevazione vengono utilizzati per aumentare la tensione relativamente bassa generata dai generatori a livelli di tensione più alti. Per le sottostazioni terminali che forniscono direttamente vari utenti, vengono impiegati i trasformatori di abbassamento.

Per Numero di Fasi: Classificati come trasformatori monofase e trifase. I trasformatori trifase sono ampiamente utilizzati nelle sottostazioni dei sistemi di fornitura e distribuzione, mentre i trasformatori monofase sono generalmente utilizzati per attrezzature monofase specifiche a piccola capacità.

Per Materiale del Conduttore degli Avvolgimenti: Divisi in trasformatori avvolti con rame e trasformatori avvolti con alluminio. In passato, la maggior parte delle sottostazioni industriali in Cina utilizzava trasformatori avvolti con alluminio, ma ora i trasformatori avvolti con rame a bassa perdita, specialmente quelli di grande capacità, hanno trovato un'applicazione più ampia.

Per Configurazione degli Avvolgimenti: Esistono tre tipi: trasformatori a due avvolgimenti, trasformatori a tre avvolgimenti e autotrasformatori. I trasformatori a due avvolgimenti vengono utilizzati in luoghi che richiedono la trasformazione di una sola tensione; i trasformatori a tre avvolgimenti vengono utilizzati quando sono necessarie due trasformazioni di tensione, caratterizzandosi da un avvolgimento primario e due secondari. Gli autotrasformatori sono ampiamente utilizzati in laboratorio per la regolazione della tensione.

Per Metodo di Raffreddamento e Isolamento degli Avvolgimenti: Classificati come trasformatori immersi in olio e trasformatori a secco. I trasformatori immersi in olio offrono migliori prestazioni di isolamento e dissipazione del calore, costi inferiori e manutenzione più facile, rendendoli ampiamente adottati. Tuttavia, a causa della infiammabilità dell'olio, non sono adatti per ambienti infiammabili, esplosivi o con requisiti di sicurezza elevati. I trasformatori a secco presentano una struttura semplice, dimensioni ridotte, peso leggero, e sono antincendio, antipolvere e antiumidità. Sono più costosi dei trasformatori immersi in olio della stessa capacità e sono ampiamente utilizzati in luoghi con alte esigenze di sicurezza contro l'incendio, specialmente nelle sottostazioni all'interno di grandi edifici, sottostazioni sotterranee e sistemi di accumulo energetico.

2. Modelli di trasformatori di potenza e gruppi di connessione

Standard di Capacità: Attualmente, la Cina adotta la serie R10 raccomandata dall'IEC per determinare le capacità dei trasformatori di potenza, dove la capacità aumenta in multipli di R10=¹⁰√10=1,26. Le valutazioni comuni includono 100 kVA, 125 kVA, 160 kVA, 200 kVA, 250 kVA, 315 kVA, 400 kVA, 500 kVA, 630 kVA, 800 kVA, 1000 kVA, 1250 kVA, 1600 kVA, 2000 kVA, 2500 kVA e 3150 kVA. I trasformatori al di sotto di 500 kVA sono considerati di piccole dimensioni, quelli compresi tra 630~6300 kVA sono di medie dimensioni, e quelli superiori a 8000 kVA sono di grandi dimensioni.

Gruppi di Connessione: Il gruppo di connessione di un trasformatore di potenza si riferisce al tipo di metodo di connessione utilizzato per gli avvolgimenti primari e secondari e alla relazione di fase corrispondente tra le tensioni lineari primarie e secondarie. I gruppi di connessione comuni includono Yyn0, Dyn11, Yzn11, Yd11 e YNd11. Per i trasformatori di distribuzione da 6 a 10 kV (con tensione secondaria di 220/380 V), Yyn0 e Dyn11 sono i due gruppi di connessione comunemente utilizzati.

• Gruppo di connessione Yyn0: La relazione di fase tra la tensione lineare primaria e quella secondaria corrispondente assomiglia alla posizione delle lancette orarie e minutarie alle 12. L'avvolgimento primario utilizza una connessione a stella, mentre l'avvolgimento secondario utilizza una connessione a stella con linea neutra. Le correnti armoniche del terzo ordine possibili nel circuito saranno iniettate nella rete elettrica comune. Inoltre, la corrente della linea neutra è specificata per non superare il 25% della corrente della linea di fase. Pertanto, questo metodo di connessione non è adatto per applicazioni con carichi fortemente sbilanciati o con armoniche del terzo ordine prominenti. Tuttavia, il gruppo di connessione Yyn0 richiede una resistenza dielettrica inferiore per l'avvolgimento primario (rispetto a Dyn11), risultando in costi di produzione leggermente inferiori. Nei sistemi TN e TT, i trasformatori con gruppo di connessione Yyn0 possono essere selezionati quando la corrente della linea neutra causata dalla corrente monofase sbilanciata non supera il 25% della corrente nominale dell'avvolgimento secondario, e la corrente in qualsiasi fase non supera la corrente nominale a pieno carico.

• Gruppo di connessione Dyn11: La relazione di fase tra la tensione lineare primaria e quella secondaria corrispondente assomiglia alla posizione delle lancette orarie e minutarie alle 11. Nei gruppi di connessione Dyn11, si formano correnti circolanti nell'avvolgimento primario, impedendo l'iniezione nella rete pubblica e fornendo una soppressione delle armoniche di ordine superiore. L'avvolgimento secondario utilizza una connessione a stella con linea neutra, e secondo le specifiche, la corrente della linea neutra è consentita fino al 75% della corrente di fase. Pertanto, la sua capacità di gestire le correnti monofase sbilanciate è molto maggiore rispetto ai trasformatori con gruppo di connessione Yyn0. Per i moderni sistemi di fornitura elettrica con carichi monofase rapidamente crescenti, specialmente nei sistemi TN e TT, i trasformatori connessi Dyn11 sono stati fortemente promossi e ampiamente applicati.

3. Applicazione dei trasformatori nei sistemi di accumulo energetico

Il ruolo fondamentale dei trasformatori nei sistemi di accumulazione dell'energia è la trasformazione del voltaggio e l'adattamento della trasmissione dell'energia, garantendo la corrispondenza del livello di tensione tra le batterie di accumulo, i convertitori/inverter e la rete elettrica/carichi, consentendo così una carica e scarica efficiente e sicura dell'energia.

• Connessione alla Rete: In collaborazione con i Sistemi di Conversione dell'Energia (PCS), i trasformatori aumentano il voltaggio in corrente alternata uscente dai PCS al livello di rete (come 10kV/35kV) per la connessione alla rete, o riducono il voltaggio di rete a livelli compatibili con i PCS durante lo scarico. Forniscono inoltre isolamento DC per prevenire l'iniezione di componenti DC nella rete.

• Distribuzione Interna dell'Energia: Nei grandi impianti di accumulazione dell'energia, i trasformatori agiscono come trasformatori di stazione, riducendo il voltaggio ad alta tensione della rete a basso voltaggio (come 0,4kV) per fornire energia stabile ai cluster di batterie di accumulo, ai sistemi ausiliari PCS, alle apparecchiature di monitoraggio e ad altri componenti.

• Applicazioni Lato Utente/Microgrids: Per l'accumulazione dell'energia lato utente, i trasformatori possono convertire il voltaggio uscente dai sistemi di accumulazione a livelli compatibili con i carichi degli utenti, fornendo direttamente energia ai carichi. Nei microgrids, possono inoltre regolare flessibilmente il voltaggio per adattarsi alle interazioni energetiche tra diversi tipi di fonti di energia distribuita e carichi.