1. Caratteristiche operative a vuoto
La condizione di assenza di carico del trasformatore significa che l'avvolgimento primario è alimentato con una tensione nominale di 11 kV mentre l'avvolgimento secondario è a circuito aperto senza carico. I due indicatori chiave del funzionamento a vuoto sono la perdita a vuoto e la corrente a vuoto. Quando viene applicata una tensione di 11 kV all'avvolgimento ad alta tensione, il flusso magnetico alternato passa attraverso il nucleo di acciaio al silicio, generando perdite per isteresi e perdite per correnti parassite. La somma di queste due perdite viene definita perdita a vuoto. Le perdite a vuoto persistono continuamente una volta che il trasformatore è alimentato, indipendentemente dal carico a valle, e costituiscono una fonte permanente di consumo energetico nelle reti di distribuzione. Moderne serie S13 e S22 11kVtrasformatori immersi in olioadottare lamiere di acciaio al silicio a grani orientati ad alta permeabilità, che possono ridurre notevolmente le perdite a vuoto per ottenere risparmio energetico e riduzione dei costi. La corrente a vuoto è la corrente di eccitazione richiesta per stabilire un flusso magnetico alternato, che generalmente rappresenta solo dall'1% al 3% della corrente nominale. Una corrente a vuoto eccessiva aumenta il consumo di potenza reattiva della rete e riduce il fattore di potenza. Durante il funzionamento a vuoto, la tensione secondaria è approssimativamente uguale alla bassa tensione nominale con una deviazione di tensione minima. Tuttavia, se la tensione di ingresso di 11 kV si discosta dal valore nominale, la tensione di uscita secondaria cambia di conseguenza. La caratteristica a vuoto è un elemento di prova obbligatorio per i test di accettazione in fabbrica, utilizzato per valutare la qualità della laminazione del nucleo e rilevare difetti tra le spire negli avvolgimenti.
2. Caricare le caratteristiche operative
Le caratteristiche di carico descrivono lo stato di funzionamento dei trasformatori quando collegati a carichi elettrici. Una volta che l'avvolgimento secondario è collegato a un circuito di carico e la corrente di carico scorre attraverso l'avvolgimento secondario, la corrente primaria aumenta di conseguenza per stabilire l'equilibrio della forza magnetomotrice e mantenere un flusso magnetico stabile nel nucleo. La perdita di carico è un parametro chiave durante il funzionamento sotto carico, costituito principalmente dalla perdita di rame dell'avvolgimento causata dalla corrente che passa attraverso i conduttori dell'avvolgimento. La perdita di carico varia con il quadrato della corrente di carico: un carico maggiore porta a una crescita più rapida della perdita. Contrariamente alle perdite a vuoto, le perdite a carico sono pari a zero in condizioni di assenza di carico e raggiungono il valore nominale a pieno carico. Anche il fattore di potenza del carico collegato influisce sul funzionamento del trasformatore. I carichi induttivi come motori e pompe dell'acqua riducono il fattore di potenza e aumentano la caduta di tensione, mentre i carichi resistivi producono variazioni di tensione relativamente moderate. Nei sistemi di distribuzione, il carico fluttua continuamente e i trasformatori funzionano dinamicamente tra carico leggero, mezzo carico e quasi pieno carico. I trasformatori di distribuzione immersi in olio da 11 kV di alta qualità possono mantenere un funzionamento stabile entro un ampio intervallo di carico, adattandosi alle tipiche curve di carico di distribuzione con carico industriale pesante di giorno e carico residenziale leggero di notte.
3. Caratteristiche della regolazione della tensione
La velocità di regolazione della tensione è un indicatore operativo critico per la distribuzionetrasformatori. È definita come la caduta percentuale della tensione secondaria quando il trasformatore passa da vuoto a carico nominale, con tensione di ingresso costante. Gli avvolgimenti del trasformatore possiedono resistenza intrinseca e reattanza di dispersione. Una volta caricato, l'impedenza interna crea una caduta di tensione e determina una riduzione della tensione di uscita sul lato a bassa tensione. Una corrente di carico maggiore e un fattore di potenza di carico inferiore comportano una velocità di regolazione della tensione più elevata. Se la velocità di regolazione della tensione è eccessivamente elevata, le apparecchiature dell'utente finale subiranno problemi di sottotensione, tra cui una potenza del motore insufficiente e una luminosità dell'illuminazione ridotta. 11kVtrasformatori di distribuzione immersi in oliosono dotati di commutatori a circuito spento, che possono regolare le spire effettive degli avvolgimenti ad alta tensione dopo un'interruzione di corrente per compensare l'offset della tensione di rete e ottimizzare la tensione di uscita. Nella progettazione dell'ingegneria di distribuzione, gli ingegneri riservano un margine di regolazione della tensione in base alla caduta di tensione della linea e alla variazione stagionale del carico per mantenere la tensione del terminale entro l'intervallo consentito specificato dagli standard. La regolazione della tensione influisce direttamente sulla qualità dell'energia e non può essere trascurata durante la scelta dell'apparecchiatura.
4. Aumento della temperatura e caratteristiche operative termiche
Le caratteristiche di aumento della temperatura determinano la capacità di sovraccarico e il tasso di invecchiamento dell'isolamento dei trasformatori. Tutte le perdite a vuoto e a carico generate durante il funzionamento vengono convertite in calore, trasferito dall'olio isolante al serbatoio e ai radiatori, quindi dissipato nell'aria ambiente tramite convezione.Trasformatori immersi in olioadottare la circolazione naturale dell'olio (ONAN) o il raffreddamento ad aria forzata (ONAF) per la dissipazione del calore. Nelle condizioni di lavoro nominali, esistono limiti rigorosi sull'aumento della temperatura dell'olio della parte superiore dell'avvolgimento. Quando il carico supera temporaneamente la capacità nominale, la struttura immersa nell'olio può sopportare il sovraccarico per un certo periodo. Grazie alla grande capacità termica dell'olio isolante, la temperatura aumenta lentamente. Tuttavia, il sovraccarico continuo porta a temperature eccessive e prolungate e accelera l'invecchiamento dei materiali isolanti in carta. Il tasso di invecchiamento della carta isolante aumenta esponenzialmente con la temperatura e una temperatura elevata a lungo termine ridurrà direttamente la durata complessiva dei trasformatori. Il test di aumento della temperatura è un test di base effettuato in fabbrica, che verifica se il design del radiatore e la struttura di circolazione dell'olio soddisfano i requisiti. Nella manutenzione quotidiana, il monitoraggio della temperatura dell'olio è un metodo semplice ed efficace per giudicare lo stato operativo del trasformatore.
5. Caratteristiche di cortocircuito e capacità di tenuta al cortocircuito
Sul lato bassa tensione dei sistemi di distribuzione possono verificarsi guasti da cortocircuito. In tali circostanze, un'enorme corrente di cortocircuito fluisce istantaneamente attraverso gli avvolgimenti del trasformatore, generando una forte forza elettrodinamica e calore istantaneo. Le caratteristiche di cortocircuito valutano principalmente la capacità del trasformatore di resistere all'impatto del cortocircuito. Il test di cortocircuito viene eseguito per misurare l'impedenza e la perdita di cortocircuito. L'impedenza di cortocircuito è vitale per i trasformatori di distribuzione da 11 kV: un'impedenza più elevata limita la corrente di cortocircuito e mitiga l'impatto dei guasti di cortocircuito sulle apparecchiature. Tuttavia, un'impedenza eccessiva aumenterà la velocità di regolazione della tensione e causerà una caduta di tensione più grave sotto carico. Pertanto, la progettazione dei trasformatori di distribuzione da 11 kV deve trovare un equilibrio tra limitazione della corrente di cortocircuito e stabilità della tensione. Quando si verificano guasti da cortocircuito, i conduttori dell'avvolgimento sopportano un'enorme forza di impatto elettromagnetico. Se la struttura di fissaggio dell'avvolgimento è debole, potrebbero verificarsi deformazioni dell'avvolgimento e danni all'isolamento, con conseguenti guasti permanenti. I trasformatori di distribuzione immersi in olio di alta qualità adottano strutture di supporto rigide e vincolanti degli avvolgimenti ad alta resistenza per soddisfare i requisiti di resistenza ai cortocircuiti di breve durata degli standard nazionali e degli standard IEC, riducendo i rischi di danni alle apparecchiature durante eventi improvvisi di cortocircuito nelle reti di distribuzione.
6. Caratteristiche di isolamento e invecchiamento
11kV trasformatori immersi in olioadottare un sistema di isolamento composito composto da olio isolante e carta isolante per isolare gli avvolgimenti ad alta e bassa tensione e separare i componenti sotto tensione dal serbatoio messo a terra. I supporti isolanti mantengono prestazioni stabili alla normale temperatura operativa. Tuttavia, l'isolamento si degrada gradualmente durante il funzionamento a lungo termine: umidità, ossigeno e temperatura elevata accelerano il degrado della carta isolante e l'ossidazione dell'olio isolante produce sostanze acide che erodono ulteriormente i materiali isolanti. L’invecchiamento dell’isolamento è un processo irreversibile. Con l'avanzare dell'invecchiamento, la rigidità dielettrica diminuisce, il che può facilmente innescare guasti interni come scariche parziali e cortocircuiti tra le spire. La struttura di tenuta dei trasformatori immersi in olio è progettata per rallentare l'invecchiamento: le strutture completamente sigillate bloccano l'ingresso di aria e umidità e riducono il deterioramento dell'olio isolante. Analisi regolari della cromatografia dell'olio e test della perdita dielettrica possono monitorare le tendenze di invecchiamento dell'isolamento, avvisare in anticipo di potenziali guasti e prolungare la durata di servizio delle apparecchiature.
Conclusione
Varie caratteristiche operative diTrasformatori di distribuzione immersi in olio da 11 kVsono correlati e determinano congiuntamente le prestazioni complessive delle apparecchiature nelle reti di distribuzione. Le caratteristiche a vuoto determinano il consumo energetico di base; le caratteristiche del carico riflettono la perdita di potenza sotto carico; la regolazione della tensione influisce direttamente sulla qualità dell'energia per l'utente finale; le caratteristiche di aumento della temperatura limitano la capacità di sovraccarico e la durata di servizio dell'apparecchiatura; le caratteristiche di cortocircuito rappresentano la resistenza all'impatto del guasto; le caratteristiche di invecchiamento dell'isolamento si riferiscono all'affidabilità operativa a lungo termine. Nelle fasi di selezione del progetto, progettazione ingegneristica e manutenzione, la piena comprensione di queste caratteristiche operative di base aiuta i team di approvvigionamento e di ingegneria a selezionare i trasformatori che corrispondono agli scenari applicativi, a ridurre il consumo di energia, a ridurre i rischi di interruzione e a garantire un funzionamento stabile a lungo termine dei sistemi di distribuzione. Sebbene i trasformatori a secco presentino vantaggi negli scenari interni sensibili al fuoco, i trasformatori di distribuzione immersi in olio da 11 kV rimangono le apparecchiature di distribuzione più utilizzate nelle reti elettriche urbane e rurali grazie alle caratteristiche operative mature e alle eccellenti prestazioni economiche.
