DIMENSIONAMENTO DEI TRASFORMATORI CHE ALIMENTANO CARICHI NON LINEARI

 

Generalità sulle armoniche di corrente

Le armoniche di corrente sono generate dai carichi “ non lineari “ e reiettate in rete, comportando una serie di effetti negativi negli impianti.

Generatori di armoniche

I carichi non lineari, generatori di armoniche, sono, tra i più significativi:

·        Lampade fluorescenti con reattori in ferro;

·        Motori elettrici;

·        Inverter di controllo motori;

·        Elettronica di potenza ( raddrizzatori, inverter, softstarter ecc );

·        Computer;

·        UPS.

Le armoniche sono valutate sia individualmente sia attraverso il fattore di distorsione totale.

La reiezione armonica è valutata con un parametro THDI %, che rappresenta il “tasso di distorsione totale di armoniche di corrente “,che tiene conto del peso percentuale delle singole armoniche (genericamente quelle più pericolose e disturbanti sono quelle di ordine dispari H3 – H5 – H7 – H9 – H11 ecc ).

I principali effetti negativi della presenza di armoniche sono:

·        Sovraccarico del conduttore neutro;

·        Sovraccarico dei conduttori di fase, derivante dalla circolazione delle correnti armoniche presenti;

·        Riscaldamento delle linee ( incremento dell’effetto pelle, che aumenta la frequenza );

·        Cadute di tensione armoniche con distorsione della tensione di alimentazione;

·        Intervento intempestivo delle protezioni;

·        Disturbi sui circuiti elettronici dei controlli di processo;

·        Aumento delle perdite nel ferro e nel rame dei trasformatori;

·        Aumento delle perdite nei motori elettrici;

·        Pericolo di incendio e di scoppio dei conduttori di rifasamento;

·        Aumento del rumore durante il funzionamento dei trasformatori e dei motori.

 

Normative di riferimento

La normativa di riferimento è la CEI EN 50160 – “ caratteristiche della tensione fornita dalle reti pubbliche di distribuzione dell’energia elettrica”, che stabilisce che il THDI %, deve essere minore o uguale all’8% sia a livello di BT che di MT.

Effetti delle armoniche sui trasformatori

Un trasformatore con isolamento in resina, conforme alla norma CEI – EN 60076 – 11, utilizzato per alimentare utenze con un elevato contenuto di armoniche di corrente è sottoposto ad effetti negativi:

·        Aumento delle perdite a vuoto ad a carico;

·        Surriscaldamento degli avvolgimenti e del nucleo, con forte riduzione della vita media attesa;

·        Degrado termico – degrado dielettrico;

·        Aumento delle scariche parziali;

·        Aumento del rumore;

·        Drastica riduzione della vita media.

Quando il tasso di distorsione totale di armoniche non supera il 5% si applica la norma CEI – EN – 60076 -11.

Quando si supera tale valore, si applica la norma CEI 14 – 22 che “ determina la potenza nominale equivalente di un trasformatore avente una corrente di carico non sinusoidale”.

In pratica la presenza delle armoniche determina una perdita del carico, e di conseguenza le sovratemperature superano quelle corrispondenti alle correnti sinusoidali aventi lo stesso valore efficace ( RMS ).

La potenza nominale equivalente ( Sne ) si riferisce alla corrente sinusoidale che provoca perdite che si verificano con la corrente non sinusoidale.

La potenza equivalente Sne = Sn x k, per cui la potenza nominale del trasformatore ad utilizzare deve essere uguale o superiore alla potenza Sne.

Il coefficiente k vale, in ossequio alla norma CEI 14 – 22,

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Ad esempio se THDI = 30%, k vale circa k = 1,2, per cui se la potenza del trasformatore stimato necessario ha una potenza nominale Sn = 1250 KVA, la potenza nominale equivalente vale Sne =  per  cui si rende necessario un trasformatore di taglia commerciale con Sn = 1600 KVA.

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TRASFORMATORI AD EFFICIENZA ENERGETICA

Il 21 maggio 2014 la Commissione Europea ha emanato il Regolamento UE N°548/2014 recante le modalità di applicazione della direttiva 2009/125/CE del Parlamento Europeo relativa alla progettazione ecocompatibile dei prodotti connessi all’energia.

Si pone come obiettivo il conseguimento di una migliore efficienza energetica e di una generale compatibilità ambientale degli apparecchi elettrici, con conseguente riduzione delle emissioni di CO2.

Il Regolamento riguarda i trasformatori elettrici di tutte le taglie di potenza.

Gli obblighi in materia di progettazione dei trasformatori riguardano le macchine che vengano immesse sul mercato a partire dal 1 luglio 2015 ( fase 1 ) e dal 1 luglio 2021

( fase 2).

Nella prima fase, quella che è operativa dal 1 luglio 2015, sono previsti trasformatori con perdite ridotte, paragonabili a quelle attuali di macchine più performanti, e che permetteranno di escludere dal mercato i prodotti più scadenti e meno efficienti.

Nella seconda fase, dal 1 luglio 2021, saranno previsti trasformatori più efficienti con perdite ulteriormente ridotte.

Nella Tabella TR.E.O sono riportati i valori delle perdite massime che dovranno avere i trasformatori immersi in liquido a partire dal 1 luglio 2015.

Nella Tabella TR.E.R, invece, sono riportati i valori delle perdite massime che dovranno avere i trasformatori con isolamento in resina, a partire dal 1 luglio 2015.

 

 

 

 

 

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Tabella TR.E.O                                                                                                       Tabella 2.2trasformatori in resina perdite massime a partire dal 01/07/2015

 

 

 

A partire dal 1 luglio 2015 tutti i trasformatori dovranno essere corredati di una targa riportante tutte le informazioni necessarie: potenza nominale, perdite a vuoto, perdite a carico, potenza del sistema di raffreddamento necessario per il funzionamento a vuoto, indice di efficienza di picco.

La novità è rappresentata dall’indice di efficienza di picco PEI,

 

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Po = perdite a vuoto alla tensione ed alla frequenza nominali.

Pco = potenza elettrica del sistema di raffreddamento per il funzionamento a vuoto.

Pc = perdite misurate alla corrente e alla frequenza nominali sulla presa misurata.

Sr = potenza nominale del trasformatore, sulla quale si basa Pc.

 

 

PROTEZIONE DEI TRASFORMATORI LATO MT CON FUSIBILI

I fusibili di protezione dei trasformatori, lato MT, sono largamente utilizzati.

Le caratteristiche peculiari che i fusibili devono presentare sono:

·        Sopportare, senza intervento intempestivo, il picco di corrente dovuto all’inserzione del trasformatore;

·        Interrompere la corrente conseguente ad un guasto;

·        Sopportare la corrente nominale in servizio continuo, oltre agli eventuali sovraccarichi.

 

Nella Tabella 2.3 seguente sono riportati i calibri dei fusibili di protezione in funzione della tensione di esercizio Ve e della taglia dei trasformatori.

 

 

 

 

 

 

 

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