Per velocizzare il progetto, è possibile etichettare le pile di laminazione con dettagli quali tolleranza, materiale, finitura superficiale, se è necessario o meno un isolamento ossidato, quantitàe altro ancora.
I trasformatori di potenza sono i grandi e silenziosi cavalli di battaglia del nostro mondo elettrico. Aumentano o diminuiscono la tensione in modo da poter spostare l'energia da dove viene prodotta a dove viene utilizzata. Ma un trasformatore è valido solo se è efficiente e sicuro. Un problema in un singolo trasformatore può causare grossi problemi ai nostri sistemi elettrici. Ecco perché la verifica dei trasformatori è così importante. In questo articolo condividerò i quattro test principali per controllare un trasformatore di potenza. Questo non è solo per i grandi ingegneri. È per tutti coloro che vogliono capire come mantenere il flusso di energia. Esamineremo le caratteristiche di questi test e cosa ci dicono sullo stato di salute e sull'efficienza di un trasformatore.
Quando un trasformatore di potenza si guasta, non è bello. Ecco perché non ci limitiamo a mettere in servizio un nuovo trasformatore e a sperare nel meglio. Lo testiamo. E lo testiamo spesso. I test sui trasformatori sono una serie di controlli che effettuiamo per assicurarci che un trasformatore di potenza funzioni correttamente. L'obiettivo principale è quello di prevenire un guasto. Un guasto può causare interruzioni di corrente e danneggiare le apparecchiature. Un buon collaudo ci aiuta a trovare un piccolo difetto prima che diventi un grosso problema. Questo rende l'intero sistema elettrico più sicuro e affidabile.
L'efficienza di un trasformatore è un fattore importante. Un trasformatore inefficiente spreca elettricità trasformandola in calore. Questo spreco di energia costa denaro. Nel corso della vita di un grande trasformatore di potenza, questo può essere un sacco di soldi. I test che conduciamo ci aiutano a calcolare l'efficienza del trasformatore. Controllando le sue prestazioni, possiamo essere certi che risponda alle specifiche per cui è stato costruito. Ogni test ci fornisce un pezzo del puzzle sullo stato di salute del trasformatore. È un passo fondamentale quando mettiamo in funzione un nuovo trasformatore o eseguiamo la manutenzione di uno vecchio. È una parte vitale della trasmissione di energia.
Uno dei primi test che eseguiamo è quello della resistenza dell'avvolgimento. Può sembrare complesso, ma l'idea è semplice. Ogni trasformatore ha al suo interno delle spire di filo chiamate avvolgimenti. Abbiamo un avvolgimento primario e un avvolgimento secondario. La corrente elettrica scorre attraverso questo avvolgimento. Questi fili hanno una resistenza elettrica molto bassa. Dobbiamo misurare questa resistenza per assicurarci che sia corretta.
Per effettuare questa misurazione, un ingegnere utilizzerà uno strumento speciale. Si fa passare una piccola corrente continua sicura attraverso ogni avvolgimento del trasformatore. Lo strumento misura quindi la caduta di tensione attraverso lo stesso avvolgimento. Utilizzando la legge di Ohm (Resistenza = Tensione / Corrente), lo strumento è in grado di calcolare con estrema precisione la resistenza dell'avvolgimento. Eseguiamo questo test su ogni avvolgimento e in ogni posizione del commutatore. Un commutatore ci consente di apportare piccole modifiche al rapporto di tensione del trasformatore. Ogni rubinetto ha un proprio collegamento e dobbiamo testarli tutti. Un trasformatore ha molte connessioni che dobbiamo testare.
Allora perché misuriamo la resistenza? Una misurazione corretta della resistenza dell'avvolgimento ci dice molto. Innanzitutto, ci dice che l'avvolgimento non è rotto. Se il filo fosse tagliato, la resistenza sarebbe infinita e non passerebbe alcuna corrente continua. Questo semplice test conferma che il circuito elettrico è completo. Ma soprattutto, questo test ci aiuta a individuare i collegamenti difettosi. Ho visto casi in cui un bullone su un terminale non era abbastanza stretto. Questo crea una resistenza elevata, che provoca un calore eccessivo. Il calore può danneggiare l'isolamento del trasformatore.
Il test della resistenza dell'avvolgimento può rilevare problemi non visibili all'interno dell'avvolgimento del trasformatore. Ad esempio, se alcuni fili di un avvolgimento sono stati danneggiati durante la produzione, la resistenza potrebbe essere più alta del previsto. Confrontando il valore misurato con quello riportato nel rapporto di prova di fabbrica, possiamo individuare un problema. Per i trasformatori trifase, confrontiamo anche la resistenza dell'avvolgimento in ciascuna fase. I numeri dovrebbero essere molto vicini. Se una fase presenta una resistenza molto più alta, è un segnale di allarme per un potenziale difetto nell'avvolgimento del trasformatore. È un test semplice ma efficace.
Il prossimo passo è il test del rapporto di rotazione, o test TTR. Si tratta di un altro test fondamentale per qualsiasi trasformatore. Un trasformatore funziona con un numero diverso di spire di filo sull'avvolgimento primario e secondario. Il rapporto di queste spire determina il rapporto di tensione. Ad esempio, se l'avvolgimento primario ha 100 spire e quello secondario 10, il rapporto di spire è 10 a 1. Se si immettono 100 volt CA nel primario, si ottengono 10 volt CA dal secondario.
Il test del rapporto di rotazione verifica esattamente questo aspetto. Si utilizza uno strumento speciale, chiamato tester del rapporto di rotazione. Il tecnico collega lo strumento all'avvolgimento di alta e bassa tensione del trasformatore di potenza. Il tester applica una tensione CA bassa e sicura a un avvolgimento e misura con attenzione la tensione ottenuta sull'altro avvolgimento. Da questa misura è possibile calcolare l'esatto rapporto di spire. Questo test viene eseguito per ogni posizione del rubinetto, perché ogni rubinetto cambia il numero di spire nel circuito. Questo test verifica il funzionamento del nucleo del trasformatore.
Il motivo principale per eseguire un test del rapporto di rotazione è verificare che il trasformatore produca la tensione di uscita corretta. Se il rapporto è sbagliato, i livelli di tensione nel sistema di alimentazione saranno errati. Ciò può causare problemi di ogni genere alle apparecchiature collegate. Questo test è un ottimo modo per rilevare un errore di fabbricazione o un danno di spedizione. Un grave shock meccanico può causare lo spostamento o il cortocircuito dell'avvolgimento.
Un cortocircuito tra le spire di un avvolgimento è un guasto molto grave. Significa che la corrente prende una scorciatoia, saltando alcune spire. Ciò modificherebbe il rapporto tra le spire. Il test del rapporto di spire è molto sensibile e può rilevare anche un cortocircuito in una singola spira. Individuarlo tempestivamente può prevenire un guasto catastrofico del trasformatore in un secondo momento. Confrontiamo il rapporto misurato per ogni fase e per ogni derivazione con i valori di targa. In base agli standard internazionali come la IEC, il valore misurato deve essere molto vicino al valore previsto, di solito entro 0,5%. Si tratta di un test di integrità vitale per il trasformatore.
Un trasformatore di potenza contiene una grande quantità di alta tensione. Dobbiamo assicurarci che quella tensione rimanga al suo posto. Questo è il compito del sistema di isolamento del trasformatore. L'isolamento è solitamente costituito da carta speciale e olio che circonda l'avvolgimento. Impedisce che l'alta tensione salti verso un altro avvolgimento o verso il serbatoio metallico a terra del trasformatore. Se l'isolamento si guasta, si verifica un cortocircuito, e questo è un giorno molto brutto.
Il test di resistenza di isolamento verifica la qualità di questo isolamento. Un buon isolamento ha una resistenza elettrica molto elevata. Un cattivo isolamento, magari dovuto all'umidità o all'invecchiamento, presenta una resistenza inferiore. Questo test ci aiuta a capire quanto è buono l'isolamento. Misuriamo la resistenza di isolamento tra i diversi avvolgimenti e tra ciascun avvolgimento e la massa. Questo test ci fornisce un quadro dello stato di salute dell'intero sistema di isolamento del trasformatore. È uno dei più importanti test di sicurezza e affidabilità che eseguiamo su un trasformatore.
Per eseguire un test di resistenza dell'isolamento, un ingegnere utilizza uno strumento spesso chiamato Megger. Questo strumento applica una tensione continua specifica, come 1000 o 5000 volt, all'isolamento per un tempo prestabilito, spesso per 1 minuto. La tensione è sufficientemente alta per testare l'isolamento, ma non abbastanza da danneggiare un trasformatore sano. Mentre viene applicata la tensione, lo strumento misura la piccola quantità di corrente che scorre. Questo flusso di corrente è chiamato corrente di dispersione.
Utilizzando la corrente misurata, lo strumento calcola la resistenza dell'isolamento. Un valore di resistenza elevato (nell'ordine di milioni o miliardi di ohm) è positivo. Significa che l'isolamento è pulito, asciutto e fa il suo lavoro. Un valore basso della resistenza di isolamento è un segnale di allarme. Spesso significa che l'umidità è penetrata nell'olio e nella carta del trasformatore, un problema grave che può portare a un guasto. Registriamo questo valore e lo seguiamo nel tempo. Se vediamo che la resistenza diminuisce a ogni test di manutenzione, sappiamo che l'isolamento del trasformatore sta invecchiando e potrebbe richiedere attenzione. Questo test aiuta a prevenire un guasto nel trasformatore di potenza.
Parliamo ora di efficienza e perdite. Ogni trasformatore ha delle perdite. Non possiamo ottenere 100% della potenza che immettiamo. Una parte dell'energia viene persa sotto forma di calore. Le perdite si dividono in due tipi: perdite a vuoto e perdite a carico. Il test di cortocircuito è il modo per misurare le perdite di carico di un trasformatore. Si tratta delle perdite che si verificano nell'avvolgimento quando il trasformatore trasporta un carico.
Durante questo test, mettiamo in cortocircuito i terminali dell'avvolgimento secondario con un collegamento spesso e a bassa resistenza. Quindi, applichiamo una bassa tensione CA all'avvolgimento primario. Aumentiamo lentamente questa tensione di alimentazione fino a quando la corrente nominale scorre negli avvolgimenti. Poiché il secondario è in cortocircuito, è sufficiente una piccola tensione. Misuriamo quindi la potenza che entra nel trasformatore. Questa potenza è pari alle perdite di carico, chiamate anche perdite di rame perché si verificano nell'avvolgimento di rame. Questo test ci aiuta anche a trovare l'impedenza di cortocircuito, un parametro fondamentale per la protezione del sistema. Questa impedenza è legata alla resistenza meccanica dell'avvolgimento.
La comprensione delle perdite è fondamentale per capire l'efficienza del trasformatore. Come abbiamo appena visto, le perdite di carico sono quelle che si misurano con il test di cortocircuito. Sono causate dalla resistenza dell'avvolgimento. Quando una maggiore quantità di corrente elettrica attraversa il trasformatore, queste perdite aumentano. Queste perdite riscaldano l'avvolgimento del trasformatore. È necessario eseguire anche un test di aumento della temperatura per verificare che il trasformatore sia in grado di gestire questo calore.
L'altro tipo di perdita è la perdita a vuoto, nota anche come perdita del nucleo. Questa perdita si verifica nel nucleo del trasformatore, che è la parte magnetica del trasformatore. Questa perdita è causata dalla variazione del flusso magnetico nel nucleo. È sempre presente, anche quando il trasformatore è privo di carico. Per misurarla, si esegue un test a vuoto (o a circuito aperto). Applichiamo la tensione nominale alla frequenza nominale a un avvolgimento, mentre l'altro avvolgimento viene lasciato aperto. La potenza misurata in ingresso è la perdita a vuoto. Un buon trasformatore di potenza è progettato per avere perdite a vuoto e di carico molto basse per una migliore efficienza.
Sì, esistono molti altri test per un trasformatore di potenza. I quattro di cui abbiamo parlato sono i test di "routine" più comuni che eseguiamo sul campo. Ma in fabbrica, un nuovo trasformatore viene sottoposto a un numero ancora maggiore di test. Il test dell'impulso di fulmine è un test di "tipo" eseguito su un nuovo trasformatore. Si tratta di un test molto specialistico. Si verifica l'isolamento del trasformatore colpendolo con un impulso ad altissima tensione che ha la forma di un fulmine. Questo test dimostra che il trasformatore può sopravvivere a un evento di sovratensione sulle linee elettriche.
Un altro test è il test di resistenza alla sovratensione indotta. In questo test, si induce nell'avvolgimento una tensione CA superiore al normale a una frequenza più elevata. La frequenza più alta serve a evitare che il flusso magnetico nel nucleo diventi troppo elevato. Questo test sollecita l'isolamento tra le spire e tra le diverse parti dell'avvolgimento per verificare che sia in grado di gestire condizioni di sovratensione temporanea senza guasti. Esistono anche test per verificare lo spostamento di fase nei trasformatori trifase e test per controllare il funzionamento meccanico del commutatore sotto carico. L'insieme di questi test garantisce che un trasformatore di potenza sia pronto per una vita lunga e affidabile. Questo tipo di test approfonditi sui trasformatori è uno standard.
Ecco le cose più importanti da ricordare per testare un trasformatore di potenza:
Per velocizzare il progetto, è possibile etichettare le pile di laminazione con dettagli quali tolleranza, materiale, finitura superficiale, se è necessario o meno un isolamento ossidato, quantitàe altro ancora.
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