Trasformatori di potenza: modi e valori nominali di funzionamento

Modalità nominale di funzionamento

La modalità operativa nominale del trasformatore è la modalità per la quale il trasformatore è stato progettato dal produttore. Le condizioni determinanti per la modalità nominale di funzionamento del trasformatore sono: tensione nominale, potenza, correnti e frequenza indicate sulla sua targhetta, nonché le condizioni nominali del mezzo di raffreddamento.

Tensione nominale degli avvolgimenti

Le tensioni nominali degli avvolgimenti del trasformatore sono quelle tensioni alle quali sono progettate per il normale funzionamento. Per i trasformatori step-down, le tensioni nominali degli avvolgimenti primari sono uguali alle tensioni nominali delle corrispondenti reti elettriche, vale a dire ricevitori elettrici.

Per i trasformatori elevatori e riduttori collegati direttamente alle sbarre o ai morsetti del generatore, le tensioni nominali degli avvolgimenti primari sono superiori del 5% rispetto alle tensioni nominali della corrispondente rete.Negli avvolgimenti secondari, nominale è la tensione di fase che si ottiene ai capi degli avvolgimenti secondari del trasformatore quando questo è a vuoto e quando ai capi dell'avvolgimento primario è applicata la tensione nominale primaria.

Il superamento della tensione fornita ai morsetti dell'uscita principale o di un qualsiasi ramo dell'avvolgimento primario è consentito non oltre il + 5% della tensione indicata sulla targhetta del trasformatore per l'uscita principale o per questo ramo.

Forza nominale

La potenza nominale di un trasformatore è la potenza alla quale il trasformatore può essere caricato continuamente per tutta la sua vita, generalmente considerata nell'ordine di 20-25 anni.

La potenza nominale del trasformatore è correlata alle condizioni di temperatura, ovvero dipende dalla temperatura di riscaldamento consentita dei suoi avvolgimenti, dalle condizioni di raffreddamento del trasformatore, ecc. Conosciamo più in dettaglio queste condizioni di temperatura.

La maggior parte dei trasformatori sono raffreddati ad olio (trasformatori "ad olio"). In tali trasformatori, i nuclei magnetici con avvolgimenti si trovano in serbatoi di acciaio riempiti con olio per trasformatori, che è un olio isolante minerale derivato dal petrolio. Il calore rilasciato negli avvolgimenti e nel nucleo magnetico del trasformatore durante il suo funzionamento viene trasferito con l'aiuto dell'olio al mezzo di raffreddamento del trasformatore: aria (raffreddamento ad aria) o acqua (raffreddamento ad acqua).

Per i trasformatori in olio raffreddati ad aria installati in aree in cui la temperatura dell'aria più alta raggiunge + 35 ° C, l'aumento medio della temperatura degli avvolgimenti al di sopra della temperatura dell'aria non deve superare + 70 ° C (misurato con il metodo della resistenza).Per i trasformatori domestici, l'aumento di temperatura degli avvolgimenti, pari a + 70 ° C, corrisponde al loro carico nominale. A una temperatura dell'aria di + 35 ° C, la temperatura media di riscaldamento degli avvolgimenti del trasformatore è di 70 ° + 35 ° = 105 ° C.

Se durante il funzionamento la temperatura di riscaldamento degli avvolgimenti del trasformatore viene costantemente mantenuta a + 105 ° C, allora, come dimostrano gli studi dei produttori, la sua durata non supererà diversi anni. Tuttavia, al carico nominale del trasformatore, la temperatura di riscaldamento degli avvolgimenti + 105 ° C sarà costante solo se la temperatura dell'aria è costante, pari a + 35 ° C.

In realtà la temperatura dell'aria ambiente non è mai costante, ma cambia sia durante il giorno che durante tutto l'anno, motivo per cui la temperatura di riscaldamento degli avvolgimenti del trasformatore varia nell'intervallo da + 105 ° C a qualche valore inferiore. Ciò prolunga naturalmente la durata del trasformatore. Pertanto, la suddetta temperatura massima degli avvolgimenti + 105 °C deve essere intesa come il limite superiore della temperatura media, misurata dalla resistenza, ammissibile per il funzionamento sicuro del trasformatore per diverse ore al giorno durante quei relativamente pochi giorni in cui la temperatura ambiente raggiunge il massimo + 35 ° C.

Nei trasformatori senza circolazione forzata dell'olio, il massimo aumento di temperatura degli strati superiori dell'olio (sul coperchio) al di sopra della temperatura ambiente non deve superare i 60 ° C. Ad una temperatura ambiente di + 35 ° C, ciò corrisponde al massimo temperatura dell'olio osservata (dal termometro) + 95 ° C.Per i trasformatori con circolazione forzata dell'olio, ad esempio con raffreddamento olio-acqua, la temperatura dell'olio all'ingresso del radiatore dell'olio è consentita non superiore a 70 ° C. Per i trasformatori con raffreddamento olio-aria, la temperatura dell'olio massima consentita è determinata da il produttore.

Ciò detto, per potenza nominale del trasformatore si intende la potenza fino alla quale può essere caricato permanentemente un trasformatore installato all'aperto, alle condizioni di temperatura nominale del mezzo frigorigeno, con raffreddamento ad aria, definita come la temperatura dell'aria che varia naturalmente durante l'anno. Per altri tipi di raffreddamento, le condizioni di temperatura nominale del mezzo di raffreddamento sono determinate dai produttori di trasformatori.

Si noti che in precedenza la potenza nominale dei trasformatori installati all'esterno veniva ricalcolata in funzione della temperatura media annua dell'aria di raffreddamento. A seguito del ricalcolo, a una temperatura ambiente media annua inferiore a + 5 ° C, la potenza nominale del trasformatore viene aumentata e, al contrario, a una temperatura media annua superiore a + 5 ° C, viene ridotta.

Gli studi sull'effetto della viscosità dell'olio sul raffreddamento dei trasformatori mostrano che tale ricalcolo non è necessario, poiché a bassa temperatura dell'aria aumenta la viscosità dell'olio, a seguito della quale il trasferimento di calore dagli avvolgimenti si deteriora e ad una temperatura dell'aria elevata , al contrario, la viscosità dell'olio diminuisce e aumenta il trasferimento di calore dagli avvolgimenti del trasformatore.

Oltre alle installazioni all'aperto, i trasformatori raffreddati ad aria sono spesso collocati in stanze chiuse non riscaldate - camere, in cui la ventilazione naturale è solitamente fornita con la fornitura di aria fredda e la rimozione di aria riscaldata attraverso speciali fori di ventilazione nella parte inferiore e superiore di la camera, rispettivamente. Nonostante la ventilazione, le condizioni di raffreddamento dei trasformatori nelle camere sono ancora peggiori di quelle installate all'aperto, il che riduce in qualche modo la loro durata. Tuttavia, i trasformatori installati in camere con ventilazione naturale possono essere caricati continuamente alla loro potenza nominale a temperature medie annuali dell'aria della camera fino a 20 °C.

Le correnti nominali degli avvolgimenti primari e secondari del trasformatore sono chiamate correnti determinate dalle potenze nominali dei rispettivi avvolgimenti.

Sotto carico nominale intendendo il carico pari alla corrente nominale.

Nella modalità di funzionamento del trasformatore senza sovraccarico in qualsiasi posizione dell'interruttore, nonché per qualsiasi valore della tensione fornita all'avvolgimento primario (ma non superiore a + 5% del valore di tensione di questa presa), l'avvolgimento secondario del trasformatore può essere caricato non superiore alla corrente nominale.