Test a circuito aperto dei trasformatori

Configurazione del trasformatore per il test a vuoto

Per assicurare la massima efficienza e la minima perdita di potenza, i trasformatori vengono sottoposti a test prima della produzione in serie per valutare se siano idonei alle applicazioni previste (test di tipo) e nuovamente dopo la produzione per confermarne la qualità, l’affidabilità e la conformità ai requisiti normativi e giuridici applicabili (test di accettazione).

In primo luogo, il test delle perdite a vuoto misura le perdite nel ferro di un trasformatore di potenza quando questo funziona in condizioni realistiche senza alcun carico collegato. L'analizzatore di potenza è collegato ai lati primario e dell'alta tensione del trasformatore, mentre il lato secondario rimane aperto. Per questo motivo, il test delle perdite a vuoto viene anche denominato “test a circuito aperto”. Un'accurata misura delle perdite nel ferro del trasformatore costituisce una parte fondamentale di ogni test di tipo e di accettazione.

Perdite nel ferro rispetto a perdite nel rame: prove di cortocircuito sui trasformatori

Dopo il test a vuoto, il test di cortocircuito segue un approccio inverso per ottenere una misura della perdita nel rame del trasformatore. Il lato primario del trasformatore di potenza è collegato all'analizzatore di potenza, mentre il lato secondario (tutte le fasi) è in cortocircuito.

Approfondite i metodi di test in cortocircuito dei trasformatori.

Misura della corrente a vuoto, della potenza e delle perdite nel ferro nei test sui trasformatori di potenza

Le perdite a vuoto sono pressoché costanti e si verificano ogni volta che un trasformatore di potenza viene alimentato. Per quantificare tali perdite, i test multicanale rilevano i seguenti parametri in un’unica configurazione di misura, per ciascuna fase e per l’intero sistema:

• Potenza: la misura della potenza attiva e delle perdite consente di determinare le perdite nel ferro del trasformatore.
• Corrente: la misura della corrente di magnetizzazione indica la corrente necessaria per generare e mantenere il flusso magnetico nel nucleo.
• Tensione: le condizioni di test vengono verificate con funzionamento a tensione nominale.
• Frequenza: la frequenza nel punto di funzionamento di prova viene misurata per consentire la determinazione della potenza corretta, tenendo conto delle influenze esercitate dall'ambiente di prova.

Motivi della misura della perdita nel ferro

Le perdite nel nucleo separato misurate durante una prova a circuito aperto sono principalmente riconducibili alle perdite per isteresi e alle perdite per correnti parassite:

• Le perdite per isteresi sono causate dall'attrito magnetico che genera calore quando la corrente alternata inverte la direzione, magnetizzando e smagnetizzando ripetutamente il nucleo. Un nucleo in acciaio di qualità inferiore con un’isteresi maggiore può aumentare le perdite di potenza. L'acciaio elettrico ad alte prestazioni presenta una maggiore resistività elettrica, una maggiore permeabilità magnetica e minori perdite nel nucleo. Anche la struttura di base e la frequenza della corrente alternata fornita possono influire sulle perdite per isteresi.
• Le perdite per correnti parassite sono causate dalle correnti circolanti indotte nelle lamelle del nucleo, che generano calore. I lamierini spesso aumentano le perdite per correnti parassite, mentre quelli più sottili riducono le perdite di potenza. L'isolamento i lamierini deve essere adeguato, e per garantire prestazioni ottimali è necessario eliminare le parti danneggiate dell'isolamento. Un percorso del flusso ottimizzato migliora, inoltre, l'efficienza magnetica e contribuisce a ridurre le perdite nel ferro.

Sfide nei test a vuoto dei trasformatori

La tecnologia dei trasformatori è in continua evoluzione, e le normative in materia vengono aggiornate costantemente. Quando si eseguono test a circuito aperto sui trasformatori, i produttori e i laboratori di prova si trovano ad affrontare una serie di sfide:

• Acquisizione di tutti i parametri elettrici necessari per i test avanzati: potenza, corrente, tensione e frequenza dovrebbero essere rilevati, in una situazione ottimale, da un solo strumento preciso, multicanale e altamente performante in un'unica configurazione di misura.
• Conformità alle norme della Commissione Elettrotecnica Internazionale (ad esempio, IEC 60076): la serie internazionale di norme relative ai trasformatori di potenza specifica i metodi di misura, le regole e le tolleranze a cui devono attenersi i test sui trasformatori.
• Accuratezza della misura a basso fattore di potenza (accuratezza di ampiezza e di fase): la bassa corrente e il basso fattore di potenza durante i test a vuoto amplificano l'influenza delle tolleranze di errore e richiedono, quindi, un'elevata precisione dello strumento.
• Misura corretta della potenza: i valori di misura standardizzati e comparabili devono tenere conto sia delle influenze dell'ambiente di test che delle deviazioni rispetto alle condizioni nominali di alimentazione.
• Esportazione dei dati compatibile e documentazione dei test conforme ai requisiti di audit: i parametri misurati devono essere archiviati, elaborati ed esportati in formati tracciabili e compatibili con applicazioni e sistemi di reportistica di terze parti.

La nostra soluzione di misura della potenza per i test a vuoto dei trasformatori

L'analizzatore di potenza di precisione LMG671, grazie ai suoi canali di corrente di tipo S, garantisce test accurati ed efficienti durante l'intera sequenza di test del trasformatore. Durante i test a circuito aperto (a vuoto), quando il fattore di potenza è basso, garantisce l'accuratezza della misura. Durante i test di cortocircuito, in cui le correnti sono elevate, garantisce l'accuratezza anche a potenze elevate, il tutto senza dover rinunciare ad alcuna delle due caratteristiche.

L'analizzatore LMG671 riunisce in un unico strumento le funzionalità essenziali e le capacità di analisi di un misuratore di potenza di precisione, di un oscilloscopio, di un multimetro digitale e di un registratore di dati. Si tratta di un analizzatore di potenza multifunzionale che consente di effettuare misure multicanale flessibili per ottenere risultati conformi agli standard.

• Connettività completa: fino a sette slot equipaggiabili con canali di misura della potenza e/o interfacce per segnali di processo (PSI) per misurare la potenza di tutte le fasi
• Segnali aggiuntivi dei sensori: interfaccia integrata per l'acquisizione di segnali analogici e/o digitali relativi al punto operativo, quali le condizioni ambientali e quelle dell'unità in prova, tra cui temperatura, umidità e vibrazioni
• Accuratezza di misura con basso fattore di potenza: regolazione interna della sincronizzazione a livello di nanosecondi tra gli ingressi di misura della corrente e della tensione su tutti i canali, per misure di potenza inequivocabili e altamente accurate anche in presenza di fattori di potenza estremamente bassi, fino a ≤ 0,001
• Tolleranze di misura della potenza: copertura completa dell'intervallo del fattore di potenza da PF = 0 a 1, evitando i termini di errore complessi o le componenti di errore nascoste che potrebbero altrimenti verificarsi in condizioni di basso fattore di potenza
• Menu di misura personalizzabile e specifico per l'applicazione: panoramiche complete con menu di misura personalizzati che raggruppano tutte le grandezze di misura disponibili in forma numerica o visiva
• Calcolo stella-triangolo integrato: conversione accurata della tensione da triangolo a stella, che garantisce potenze di fase individuali corrette tramite l’opzione software L6-OPT-SDC.
• Standardizzazione: risultati dei test precisi, affidabili e comparabili, conformi alla norma IEC 60076