Due trasformatori possono avere la stessa potenza nominale e tensione ma comportarsi in modo molto diverso nello stesso sistema. Una delle ragioni principali è l'impedenza di cortocircuito.

Questo parametro influisce sulla corrente di guasto presunta, sulla regolazione della tensione, sul coordinamento della protezione, sull'avviamento dei motori e sulla ripartizione del carico in parallelo. Influenza anche la classificazione di interruttori, sbarre, cavi e altre apparecchiature intorno al trasformatore.

Un valore inferiore o superiore può essere entrambi ragionevoli, a seconda del sistema. I problemi di solito sorgono quando l'impedenza viene selezionata senza riferimento allo studio del cortocircuito, al profilo di carico e alla progettazione della protezione.

L'impedenza di cortocircuito è solitamente espressa in percentuale. Durante il test, un avvolgimento viene cortocircuitato e una tensione ridotta viene applicata all'altro avvolgimento fino a quando non scorre la corrente nominale. La tensione applicata, espressa in percentuale della tensione nominale, è il valore di impedenza del trasformatore.

Ad esempio, un trasformatore con un'impedenza del 5% richiede circa il 5% della tensione nominale per produrre la corrente nominale in condizioni di test di cortocircuito.

Ignorando l'impedenza del sistema a monte, la corrente di guasto simmetrica iniziale ai terminali del trasformatore può essere stimata come:

Isc ≈ Irated ÷ Zpu

Un'impedenza del 5% corrisponde a circa 20 volte la corrente nominale. Un'impedenza dell'8% corrisponde a circa 12,5 volte la corrente nominale. La corrente di guasto effettiva del sistema dipenderà anche dall'impedenza della sorgente, dall'impedenza del conduttore, dal metodo di messa a terra e dal rapporto X/R del sistema.

Un'impedenza inferiore generalmente migliora la regolazione della tensione. La caduta di tensione attraverso il trasformatore è minore sotto carico, il che può aiutare nell'avviamento dei motori, nell'assorbimento di carichi elevati e nelle applicazioni sensibili alla variazione di tensione.

Il compromesso è una corrente di guasto presunta più elevata. Gli interruttori automatici potrebbero richiedere una maggiore capacità di interruzione, mentre sbarre, cavi e interruttori devono resistere a un maggiore stress da cortocircuito.

All'interno del trasformatore, un guasto passante produce forti forze elettromagnetiche sugli avvolgimenti. Queste forze aumentano rapidamente con la corrente di guasto e possono sollecitare conduttori, distanziatori, collegamenti e strutture di bloccaggio degli avvolgimenti. Guasti esterni ripetuti possono aumentare il rischio di spostamento o deformazione meccanica degli avvolgimenti se il trasformatore e il sistema di protezione sono mal coordinati.

Un'impedenza bassa può anche aumentare i costi del progetto al di fuori del trasformatore. Interruttori con maggiore capacità di guasto, sistemi di sbarre più robusti e misure aggiuntive di limitazione della corrente possono costare più di quanto si risparmi nella progettazione del trasformatore stesso.

Un'impedenza più elevata limita la corrente di guasto. Questo può ridurre lo stress di interruzione sugli interruttori automatici e diminuire lo stress da cortocircuito sulle apparecchiature a valle.

La preoccupazione principale è la caduta di tensione. Sotto carico pesante, avviamento di motori o assorbimento improvviso di carico, un trasformatore ad alta impedenza può produrre un maggiore calo di tensione. Questo può influire sull'accelerazione del motore, sul funzionamento dei contattori, sulle apparecchiature di processo e su altri carichi sensibili alla tensione.

Un'impedenza elevata può anche ridurre la corrente di guasto a un livello che rende più difficile il coordinamento della protezione. Per guasti remoti o di livello inferiore, le impostazioni di relè e fusibili potrebbero richiedere una revisione più attenta per mantenere una sensibilità e un tempo di intervento adeguati.

Un valore di impedenza più elevato non significa automaticamente perdite del trasformatore più elevate o minore affidabilità. Il risultato dipende dalla geometria dell'avvolgimento, dal controllo del flusso disperso, dalla disposizione dei conduttori e dalla progettazione termica. Tuttavia, un'impedenza personalizzata insolitamente elevata potrebbe richiedere un lavoro di progettazione aggiuntivo e può aumentare le perdite vaganti o il riscaldamento locale se il flusso disperso non viene gestito correttamente.

Non esiste una regola semplice che dica che un trasformatore a impedenza più alta o più bassa costerà sempre di più. Raggiungere un'impedenza specifica per il progetto potrebbe richiedere modifiche alle dimensioni degli avvolgimenti, alla disposizione dei conduttori, alle distanze di isolamento, alla schermatura magnetica e al supporto strutturale.

Un valore al di fuori dell'intervallo di progettazione normale del produttore richiede spesso ingegneria aggiuntiva e controllo di produzione. Tolleranze strette sull'impedenza possono anche aumentare i costi di progettazione, materiali e test.

Il costo del sistema più ampio potrebbe essere più significativo:

Un'impedenza bassa potrebbe richiedere interruttori, quadri elettrici e sistemi di sbarre con maggiore capacità di guasto.

Un'impedenza elevata potrebbe richiedere un supporto di tensione aggiuntivo, diversi arrangiamenti di avviamento motori o modifiche alle dimensioni dei conduttori e alle impostazioni di protezione.

Per i team di approvvigionamento, il prezzo di acquisto più basso del trasformatore potrebbe quindi portare a un costo totale installato più elevato se l'impedenza selezionata sposta requisiti aggiuntivi sul resto del sistema.

I trasformatori in parallelo necessitano di rapporti di tensione, gruppi vettoriali, posizioni dei preselettori e caratteristiche di impedenza compatibili. Quando due trasformatori hanno impedenza percentuale diversa, non condivideranno il carico in modo equo.

Per due trasformatori con potenze nominali MVA uguali, l'unità con impedenza inferiore trasporta più corrente. Se un trasformatore ha un'impedenza del 5% e l'altro del 7%, l'unità al 5% assorbirà una quota maggiore del carico totale e potrebbe raggiungere la sua capacità nominale per prima.

La sola grandezza dell'impedenza non è sufficiente per uno studio dettagliato del funzionamento in parallelo. Il rapporto X/R, il rapporto di tensione, l'impostazione del preselettore e la connessione dell'avvolgimento influenzano anche la condivisione della corrente e la corrente circolante.

L'impedenza di cortocircuito è un parametro di sistema importante, ma non può essere utilizzato da solo per giudicare l'affidabilità del trasformatore.

Per i progetti a bassa impedenza, la resistenza meccanica degli avvolgimenti e la capacità di sopportazione del cortocircuito richiedono un'attenta considerazione. Per i progetti ad alta impedenza, la regolazione della tensione, il flusso disperso, il riscaldamento locale e la sensibilità della protezione necessitano di una revisione più approfondita.

La progettazione dell'isolamento, la temperatura del conduttore, il bloccaggio dell'avvolgimento, la coerenza di produzione, i test di routine e il tempo di intervento della protezione contribuiscono tutti alle prestazioni a lungo termine.

L'impedenza appropriata è il valore che funziona con l'intero sistema elettrico e che può essere prodotto, testato e mantenuto entro la progettazione approvata.

• Potenza nominale MVA e la base di capacità utilizzata per il valore di impedenza

• Tensione nominale, frequenza e coppia di avvolgimenti applicabile

• Posizione del preselettore utilizzata come riferimento per l'impedenza

• Temperatura di riferimento per il valore garantito e testato

• Impedenza target o intervallo di impedenza accettabile

• Tolleranza applicabile secondo lo standard di riferimento o la specifica di progetto

• Rapporto X/R se richiesto per studi di cortocircuito o di protezione

• Livello di guasto disponibile dell'utilità e impedenza della sorgente a monte

• Requisiti di avviamento motori, assorbimento di carichi elevati e regolazione della tensione

• Requisiti di funzionamento in parallelo con trasformatori esistenti o futuri

• Rapporto di prova di fabbrica e impedenza misurata finale

Per trasformatori multi-avvolgimento, la RFQ dovrebbe indicare a quale coppia di avvolgimenti si applica ciascun valore di impedenza. Un singolo valore percentuale potrebbe essere insufficiente quando sono coinvolte diverse uscite di tensione o avvolgimenti terziari.

Non esiste un'impedenza di cortocircuito universale "migliore". Un valore inferiore migliora la regolazione della tensione ma aumenta la corrente di guasto. Un valore superiore limita la corrente di guasto ma crea una maggiore caduta di tensione e può complicare la protezione o l'avviamento del carico.

Il valore finale dovrebbe derivare dallo studio del cortocircuito del sistema, dall'analisi della regolazione della tensione, dal coordinamento della protezione e dal piano operativo. I team di approvvigionamento possono quindi confrontare le quotazioni dei trasformatori sulla base dell'impatto totale del sistema piuttosto che sul solo prezzo del trasformatore.

WINLEY fornisce soluzioni personalizzate per applicazioni di trasformatori montati su palo, montati su basamento, di potenza per sottostazioni, a secco e altre applicazioni di trasformatori di distribuzione e di potenza. Durante la revisione tecnica, il nostro team di ingegneri collabora con i clienti per chiarire il livello di guasto del sistema, l'impedenza target, la regolazione della tensione, il profilo di carico, l'avviamento dei motori, il funzionamento in parallelo e i requisiti di coordinamento della protezione.

Sulla base di questi input, WINLEY può esaminare l'intervallo di impedenza insieme alla capacità del trasformatore, alla tensione, alla disposizione degli avvolgimenti, al metodo di raffreddamento e agli standard applicabili. Quando diversi progetti possono soddisfare i requisiti del progetto, le opzioni possono essere confrontate in termini di costo del trasformatore, capacità di guasto dell'interruttore, prestazioni di tensione e affidabilità operativa. Ciò aiuta i clienti a selezionare una soluzione pratica ed economicamente vantaggiosa per l'intero sistema di alimentazione.

A seconda del tipo di prodotto, della configurazione e del mercato di riferimento, le soluzioni possono supportare prodotti certificati UL/cUL ai sensi della UL File E536138 e degli standard ANSI/IEEE, CSA, U.S. DOE per l'efficienza e NEMA applicabili. Possono essere forniti disegni, dati della targhetta e rapporti di prova di fabbrica per supportare l'approvazione tecnica e la verifica finale dei parametri.

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