Prove di tipo, prove speciali e prove aggiuntive sui trasformatori | Guida completa
Prove di tipo
Le prove di tipo sono una serie di verifiche eseguite su unità rappresentative di trasformatori per confermare che la progettazione, la costruzione, il processo produttivo e le caratteristiche prestazionali del trasformatore siano conformi ai requisiti specificati nelle pertinenti norme nazionali e internazionali.
Queste prove vengono eseguite principalmente durante:
lo sviluppo di nuove progettazioni di trasformatori;
modifiche significative alle strutture del prodotto o ai parametri fondamentali;
i processi di certificazione del prodotto;
la verifica di una serie di trasformatori o di una famiglia di prodotti.
Le principali prove di tipo per i trasformatori di potenza comprendono:
Prova di innalzamento della temperatura
La prova di innalzamento della temperatura viene eseguita per verificare le prestazioni termiche di un trasformatore nelle condizioni nominali di funzionamento.
Durante la prova, il trasformatore viene fatto funzionare a carico nominale fino al raggiungimento dell’equilibrio termico. Si misura l’innalzamento di temperatura degli avvolgimenti, dell’olio in sommità, del serbatoio e dei componenti strutturali per verificare se il calore generato dalle perdite totali—compresi le perdite a vuoto e le perdite sotto carico—possa essere efficacemente dissipato dal sistema di raffreddamento.
Lo scopo della prova di innalzamento della temperatura è:
- verificare l’efficacia del sistema di raffreddamento del trasformatore (ad esempio ONAN, ONAF, OFAF, ecc.);
- confermare che l’innalzamento di temperatura degli avvolgimenti rimanga entro i limiti ammissibili specificati dalle norme;
- individuare eventuali surriscaldamenti localizzati nel serbatoio, nelle morsettiere, nella schermatura magnetica o in altri componenti strutturali;
- valutare l'affidabilità operativa a lungo termine del trasformatore.
Prove dielettriche di tipo
Le prove dielettriche di tipo vengono eseguite per verificare la resistenza dielettrica e l'affidabilità del sistema isolante del trasformatore sotto diverse condizioni di sovratensione.
Queste prove simulano gli sforzi elettrici che possono verificarsi durante il funzionamento reale del sistema elettrico, inclusi i sovraccarichi da fulmine, le sovratensioni da manovra e le sovratensioni alla frequenza di rete.
Le principali prove dielettriche comprendono:
- prova di tenuta all’impulso da fulmine;
- prova di tenuta alla tensione applicata;
- prova di tenuta alla tensione indotta;
Queste prove garantiscono che gli avvolgimenti, i supporti isolanti, i collegamenti e le strutture isolanti interne del trasformatore possiedano sufficiente resistenza elettrica e margini di sicurezza operativa.
Prove speciali
Le prove speciali sono prove aggiuntive eseguite in base a requisiti specifici concordati tra il produttore di trasformatori e il cliente.
A differenza delle prove di routine e delle prove di tipo, le prove speciali vengono normalmente richieste per progetti specifici, ambienti operativi particolari o particolari requisiti tecnici.
Alcune prove speciali richiedono attrezzature di prova avanzate, procedure complesse e risorse significative; pertanto non vengono eseguite su ogni trasformatore.
Tra le prove speciali più comuni figurano:
Prove dielettriche speciali
Le prove dielettriche speciali vengono eseguite per verificare ulteriormente le prestazioni isolanti dei trasformatori in condizioni di tensione particolari o con requisiti isolanti più elevati.
Queste prove vengono solitamente applicate a trasformatori impiegati in ambienti di rete particolari o in progetti con rigorosi requisiti di coordinamento dell’isolamento.
Misura della capacità tra avvolgimenti e tra avvolgimenti e terra
Questa prova misura i valori di capacità tra gli avvolgimenti del trasformatore e tra gli avvolgimenti e la terra.
I dati misurati vengono utilizzati per:
- l’analisi del coordinamento dell’isolamento;
- gli studi sulle sovratensioni;
- la progettazione della protezione del sistema elettrico.
Misura delle caratteristiche di trasferimento della tensione transitoria
Questa prova valuta le caratteristiche di trasferimento della tensione transitoria tra gli avvolgimenti ad alta tensione e quelli a bassa tensione in presenza di sovratensioni transitorie.
I dati della prova consentono agli ingegneri di:
- analizzare la distribuzione interna della tensione;
- ottimizzare la progettazione dell’isolamento;
- sviluppare opportune strategie di protezione contro le sovratensioni.
Misura dell’impedenza omopolare dei trasformatori trifase
L’impedenza omopolare indica l’impedenza offerta da un trasformatore trifase quando le correnti si trovano in condizione omopolare.
Questo parametro è importante per:
- i calcoli di cortocircuito;
- l’analisi dei guasti a terra;
- la taratura delle protezioni di relè.
Una misurazione accurata dell’impedenza di sequenza zero consente agli utenti di configurare correttamente i sistemi di protezione e di migliorare la sicurezza e l'affidabilità della rete.
Prova di tenuta al cortocircuito
La prova di tenuta al cortocircuito verifica la capacità del trasformatore di resistere a severe condizioni di cortocircuito che si verificano nei sistemi elettrici.
Durante la prova, il trasformatore è sottoposto ad alte correnti di cortocircuito per valutare le sollecitazioni meccaniche e termiche generate dalle condizioni di guasto.
La prova verifica:
- la resistenza meccanica degli avvolgimenti del trasformatore;
- l'affidabilità delle strutture di serraggio del nucleo;
- la stabilità dei conduttori e dei sistemi di collegamento;
- la capacità di tenuta dei supporti isolanti e dei regolatori a prese.
Questa prova rappresenta una delle valutazioni più importanti dell'affidabilità del trasformatore, in particolare per i grandi trasformatori di potenza.
Misura del livello sonoro
La misura del livello sonoro viene eseguita per determinare il rumore generato da un trasformatore durante il funzionamento.
I risultati misurati vengono utilizzati per verificare la conformità a:
- requisiti ambientali in materia di rumore;
- specifiche tecniche del cliente;
- requisiti di installazione in aree urbane, industriali o residenziali.
Misura delle armoniche della corrente a vuoto
Questa prova analizza le componenti armoniche della corrente di magnetizzazione del trasformatore nelle condizioni di funzionamento a vuoto.
È utilizzata principalmente per valutare:
- la progettazione della densità di flusso magnetico nel nucleo;
- le caratteristiche di saturazione del nucleo;
- la razionalità della progettazione del trasformatore.
I risultati contribuiscono all’ottimizzazione delle perdite del trasformatore, delle prestazioni di magnetizzazione e dell’efficienza operativa.
Misura del consumo di potenza degli impianti di raffreddamento
Per i trasformatori dotati di sistemi di raffreddamento forzato, questa prova misura il consumo effettivo di potenza degli impianti di raffreddamento quali: ventilatori di raffreddamento; pompe dell’olio.
I dati misurati vengono utilizzati per:
- Calcolo del consumo di potenza ausiliaria;
- Valutazione dell’economia operativa;
- Pianificazione della capacità del sistema elettrico.
Prove aggiuntive
Oltre alle prove di routine standard, alle prove di tipo e alle prove speciali, il cliente o il committente del progetto possono richiedere prove aggiuntive in base a specifiche esigenze tecniche.
Queste prove vengono normalmente utilizzate per una valutazione approfondita dello stato operativo del trasformatore, dell’integrità strutturale e delle caratteristiche di prestazione particolari.
Le prove aggiuntive più comuni includono:
Analisi della risposta in frequenza (FRA) – Prova di deformazione degli avvolgimenti
L’analisi della risposta in frequenza viene utilizzata per rilevare modifiche meccaniche negli avvolgimenti del trasformatore.
Viene comunemente applicata per determinare se:
- gli avvolgimenti si sono spostati durante il trasporto;
- gli avvolgimenti hanno subito danni meccanici successivamente a eventi di cortocircuito;
- si sono verificati cambiamenti strutturali durante il funzionamento prolungato.
Prova a vuoto prolungata
Questa prova valuta le prestazioni del trasformatore durante un funzionamento prolungato a vuoto.
Viene utilizzata per monitorare:
- l’aumento di temperatura del nucleo;
- la stabilità delle perdite a vuoto;
- le variazioni delle prestazioni dell’isolamento.
Prova di sovracorrente
La prova di sovracorrente verifica la capacità del trasformatore di resistere a condizioni temporanee di sovracorrente causate da funzionamento anomalo o sovraccarichi di breve durata.
Prova di tensione di interferenza radio
Questa prova misura l’interferenza radio generata da un trasformatore durante il funzionamento.
Viene applicata principalmente ai trasformatori ad alta tensione, dove i requisiti di compatibilità elettromagnetica sono rigorosi.
Misura della curva di magnetizzazione a vuoto
Questo test misura la relazione tra tensione di eccitazione e corrente di eccitazione in condizioni di funzionamento a vuoto.
È utilizzato per analizzare:
- Caratteristiche di magnetizzazione del nucleo;
- Comportamento di saturazione;
- Margini di sicurezza progettuali.
Prova a vuoto a bassa tensione
Questo test valuta le caratteristiche di eccitazione del trasformatore e le prestazioni del nucleo in condizioni di tensione ridotta.
Prova sotto carico a bassa tensione
Questo test misura le caratteristiche di carico del trasformatore in condizioni di bassa tensione, inclusi: perdite sotto carico; caratteristiche di impedenza; prestazioni termiche.
Prova delle forme d’onda transitorie durante le manovre di commutazione
Questo test analizza le variazioni transitorie di tensione generate durante il funzionamento di: regolatori di tensione sotto carico (OLTC); regolatori di tensione fuori circuito.
È utilizzato per verificare la stabilità della commutazione e valutare il comportamento transitorio della tensione durante le operazioni di variazione del rapporto di trasformazione.