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Cabine MT/bt - Trasformatori
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Principali grandezze nominali

Tensione nominale di un avvolgimento ( Ur) E' la tensione che può essere applicata o indotta fra i terminali di collegamento di un avvolgimento con il trasformatore funzionante a vuoto.

Rapporto di trasformazione nominale E' il rapporto fra la tensione nominale di un avvolgimento e quella di un altro avvolgimento.

Frequenza nominale ( fr) E' la frequenza in Hz stabilita in sede di progettazione per un corretto funzionamento.

Correntenominale ( Ir) E' la corrente che passa per un terminale di linea di un avvolgimento.

Rapporto di trasformazione (m) E' il rapporto fra la tensione primaria e la tensione secondaria.



Potenza nominale ( Sr) E' il valore della potenza apparente fornita dal trasformatore, a specificate condizioni di servizio, convenzionalmente riferita alla tensione nominale e alla corrente nominale del secondario. Per un trasformatore trifase è data da:

100

160

200

250

315

400

500

630

800

1000

1250

1600

2000

2500

Tab. 4 Potenza nominale normalizzata in kVA di trasformatori a secco (CEI 14-12)

Tensione di corto circuito (uk) E' il valore di tensione di alimentazione del primario del trasformatore quando nel secondario cortocircuitato circola la corrente nominale (Ir). La tensione di cortocircuito viene data in percento della tensione nominale e per i trasformatori normalizzati assume i valori di tab. 5.

Tipo di trasformatore

In olio

A secco

Um

12 kV

24 kV

Potenza nominale

uk

(%)

Potenza nominale

uk

(%)

Potenza nominale

uk

(%)

< 630kVA

4%

< 630kVA

4

Qualsiasi

6

630kVA

4% - 6%

630kVA

4 - 6

> 630kVA

6%

> 630kVA

6

Tab. 5 Valori della tensione di cortocircuito percentuale dei trasformatori normalizzati

La tensione di cortocircuito percentuale ci permette di determinare il valore della corrente di cortocircuito trifase Ik sul lato bassa tensione (valore efficace della componente simmetrica) che risulta inversamente proporzionale alla uk% stessa (per semplicità e a favore della sicurezza la Ik è calcolata, trascurando l'impedenza della rete a monte del trasformatore, quando è limitata dalla sola impedenza interna del trasformatore):

Per uk=4%

Per uk=6%

 

La corrente di cortocircuito può essere ulteriormente incrementata per la presenza di motori i quali forniscono un contributo di circa 4-6 volte la loro corrente nominale.

Corrente a vuoto I0 E' il valore efficace della corrente che percorre il terminale di linea di un avvolgimento quando la tensione nominale, alla frequenza nominale, è applicata a questo avvolgimento, con l'altro o gli altri avvolgimenti aperti.

Perdite a vuoto P0 Sono perdite di potenza localizzate nel circuito magnetico, per questo dette anche perdite nel ferro, sia nel funzionamento a carico sia a vuoto (nel funzionamento a carico rimangono praticamente costanti al variare della corrente, dipendono invece dalla tensione di alimentazione della macchina che però generalmente corrisponde a quella nominale). Si chiamano perdite a vuoto perché vengono misurate applicando la tensione nominale, alla frequenza nominale, ai terminali di uno degli avvolgimenti, mentre l'altro o gli altri avvolgimenti sono aperti.

Perdite a carico Pk E' la potenza attiva dissipata sugli avvolgimenti, primario e secondario, del trasformatore, per questo dette anche perdite nel rame, alla frequenza nominale e alla temperatura di riferimento, quando circola la corrente nominale attraverso i terminali di linea di uno dei due avvolgimenti con i terminali dell'altro avvolgimento chiusi in cortocircuito. Le perdite a carico variano col quadrato della corrente, ma sono riferite alla corrente nominale.

Perdite totali (P0 + Pk) Sono date dalla somma delle perdite a vuoto e di quelle dovute al carico. I trasformatori possono essere a perdite normali o ridotte. In tab. 6 sono riportate a titolo di esempio le perdite normalizzate di trasformatori a secco a perdite normali. Se la corrente non è sinusoidale, le perdite aumentano, superando quelle corrispondenti alle correnti sinusoidali col medesimo valore efficace (di conseguenza aumentano anche le sovratemperature nel trasformatore). In questo caso occorre determinare la potenza nominale equivalente moltiplicando la potenza nominale del trasformatore riferita alla corrente sinusoidale per un opportuno coefficiente di riduzione che dipende dall'ordine e all'ampiezza delle armoniche (CEI 14-22 per i trasformatori a secco e CEI 14-17 per quelli ad olio).

Um

(kV)

Sr

(kVA)

Pk

(W)

P0

(W)

Tensione di cortocircuito uk

(%)

12

100

160

250

400

630

2000

2700

3500

4900

7300

440

610

820

1150

1500

4

630

1000

1600

2500

7600

10000

14000

21000

1370

2000

2800

4300

6

24

250

400

630

1000

1600

2500

3800

5500

7800

11000

16000

23000

880

1200

1650

2300

3100

5000

6

Tab. 6 Perdite di trasformatori a secco a perdite normali (CEI 14-12)

Rendimento - E' dato dal rapporto fra la potenza attiva utile al secondario (P2) e la potenza attiva assorbita al primario (P2 + perdite totali).

Il rendimento varia però in relazione al carico, perché cambiano le perdite nel rame, e in relazione al cosfi, perché cambia la potenza attiva utile. Il massimo rendimento lo si raggiunge con un carico tale che le perdite nel rame (alla corrente di carico, non di cortocircuito) eguaglino le perdite nel ferro. Normalmente, in fase di progettazione si fa in modo di suddividere le perdite nel ferro e nel rame per ottenere il massimo rendimento attorno al 75% della corrente nominale. Per questo è consigliabile l'acquisto di un trasformatore lievemente sovradimensionato rispetto alle effettive necessità.

Ad esempio, per un trasformatore a secco a perdite normali (tab. 5), Um 12 kV, Sr 400 kVA, uk 4%, P0 1,15 kW, Pk 4,9 kW funzionante al 75% del carico con un cosfi 0,8, esprimendo il rendimento in percento, si ha:

Descrizione

Unità di misura

Rappresentazione e formule

Tensione primaria

V

U1

Tensione secondaria a vuoto

V

U20

Tensione secondaria a carico

V

U2

Corrente primaria a vuoto

A

I10

Corrente primaria a carico

A

I1

Corrente secondaria

A

I2

Tensione di cortocircuito (a 75°C)

%

Rapporto di trasformazione

---

Fattore di potenza in corto circuito

---

Potenza nominale apparente

VA

Potenza resa

W

Perdite nel rame

W

Perdite nel ferro

W

Potenza assorbita

W

Rendimento

---

Tab. 7 Principali grandezze nominali dei trasformatori

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