1 "RELAZIONE FINALE ALLEGATA AL CERTIFICATO DI

"RELAZIONE FINALE ALLEGATA AL
CERTIFICATO DI COLLAUDO DI TRASFORMATORE"
1. SCOPO E CAMPO DI APPLICAZIONE
1.1 Scopo
Questa relazione rappresenta il risultato del collaudo eseguito da Ganna Domnina, Catello Di
Martino, Valentina Cristina Del Franco sulla macchina elettrica appresso definita.
Essa è redatta in aderenza al modello contenuto nel rif 2.1 che assicura il rispetto dei requisiti di
garanzia della qualità secondo UNI-EN ISO 9001 applicabili alla attività di collaudo.
1.2 Campo di applicazione
Questa relazione si applica al trasformatore ubicato a Napoli in Via Claudio presso il dipartimento
di Ingegneria elettrica, nel laboratorio F.P. più dettagliatamente definita e descritta nel seguito.
2. RIFERIMENTI
2.1 Norme CEI EN 6007 per il collaudo dei trasformatori
2.2 UNI EN ISO 9001 Sistemi qualità
2.3 Norme CEI 14 (14-4/1) trasformatori di potenza
2.4 “Lezioni di impianti e macchine elettriche” – B. Macchiaroli – ed. Liguori
3. DATI
3.1 Definizione della macchina elettrica
3.1.1 Descrizione della macchina elettrica
3.1.1.1 Descrizione
Il trasformatore in questione è stato realizzato dalla ditta “Conato S.p.A.” come riferito al punto
3.2.1 nell’anno 1981. E’ un modello trifase ad olio, destinato a cabine di trasformazione MT/bt
come specificato al punto 3.2 , con la possibilità di installazione all’aperto. Ulteriori descrizioni
sono rimandate al punto 3.2.1 e 3.2.2.
1
3.2 Dati formali
3.2.1 Costruttore
Il trasformatore è stato realizzato dalla ditta “Elettroneccanica CONATO S.p.A.” di Torre
Annunziata (NA) nell’anno 1981.
3.2.2 Dati di targa (v. app. A.3.2.2)
Trasformatore trifase ANR 10
Elettromeccanica CONATO S.p.A.
N° 14857 anno 1981
Potenza nominale 50KVA
Frequenza nominale 50Hz
Gruppo Dyn11
Tensione di c.c. 3.96% V.nominale
Massa totale 427 Kg
Massa olio 100 Kg
Collocazione: Per esterno
Tipo raffreddamento: ONAN
Lato A.T.
Lato b.t.
Tensione nominale 10 ± 5 % KV
Corrente nominale 2.886 A
Caratteristiche di isolamento
Tensione nominale 400 V
Corrente nominale 71.168 A
Cni 3.6/8 KV
T. illimitato 12 KV
1 minuto
28KV
Impulsivo
75KV
Collegamento TRIANGOLO
Collegamento STELLA CON NEUTRO
3.3 Requisiti funzionali
Il trasformatore in oggetto è destinato all’installazione in una cabina di trasformazione. Deve
soddisfare il punto 2.2 sui prodotti di qualità e il punto 2.1 in base alla quale si stabiliscono le
tolleranze delle misure effettuate al punto5.5 per stabilire il buon funzionamento della macchina. In
ogni caso il trasformatore dovrà essere destinato ad alimentare carichi che non richiedano più di
50kVa, come specificato al punto 3.2.2
2
4. ISPEZIONE
4.1 Date di esecuzione
L'ispezione del trasformatore è stata eseguita come segue:
- visita n.1
.data: 10/12/2005
.presenti: Ganna Domnina, Catello Di Martino, Valentina Cristina Del Franco
.parti verificate: condizioni esterne; conduttore di protezione; livello olio; trasudamenti olio
4.2 Risultati dell'ispezione
L'ispezione generale eseguita come sopra detto ha dato luogo alle seguenti segnalazioni:
- il livello dell’olio deve essere riportato al livello ottimale, indicato dal costruttore;
5. PROVE
5.1 Considerazioni generali
Le prove a cui va sottoposto il trasformatore servono a verificare la correttezza dei dati di targa
indicati dal costruttore, e per ricavare le sue caratteristiche funzionali.
5.2 Programma delle prove
5.2.1 Prova a vuoto
- Per il corretto svolgimento la macchina deve essere stata sufficientemente a riposo, in
modo da portare gli avvolgimenti a temperatura ambiente;
- la durata della prova deve essere sufficientemente lunga da fornire risultati stabili sugli
strumenti;
- Le fasi dello svolgimento della prova sono indicate al punto 5.3.1
- le quantità da misurare sono:
* corrente per fase;
* potenza per fase
* tensione concatenata tra due fasi
- i risultati devono soddisfare il punto 2.1 sulle tolleranze ammesse per il collaudo;
3
- si considererà come risultato la potenza misurata, indicativa delle perdite a vuoto nel
trasformatore (nel ferro).
5.2.2 Prova di corto circuito
- Per il corretto svolgimento la macchina deve essere stata sufficientemente a riposo, in
modo da portare gli avvolgimenti a temperatura ambiente;
- la durata della prova deve essere sufficientemente a fornire risultati stabili sugli strumenti,
senza però durare troppo in maniera da non falsare il punto precedente;
- Le fasi dello svolgimento della prova sono indicate al punto 5.3.2
- le quantità da misurare sono:
* corrente per fase;
* potenza per fase
* tensione concatenata tra due fasi
- i risultati devono soddisfare il punto 2.1 sulle tolleranze ammesse per il collaudo;
- si considererà come risultato la potenza misurata, indicativa delle perdite nel rame degli
avvolgimenti.
5.3 Svolgimento delle prove
5.3.1 prova a vuoto
La prova si svolge alimentando il trasformatore con tensione variabile da 0V alla tensione nominale
a frequenza nominale, in sette passi, mantenendo aperto il circuito secondario. Ad ogni valore di
tensione verranno lette informazioni riguardanti potenza e corrente assorbita. L’alimentazione può
essere applicata sia dal lato AT che dal lato bt: la scelta verrà indicata al punto 5.4.1.(v. app. A fig
5.3.1).
La prova viene eseguita il g. 10/01/2005 alle ore 10.00am nel sito indicato al punto 1.2 alla
temperatura di circa 23°. Lo stato della macchina prima della prova rispettava il primo punto del
5.2.2.
5.3.2 prova di corto circuito
4
La prova si svolge alimentando il trasformatore con tensione variabile da 0V alla tensione di corto
circuito,a frequenza nominale,in quattro passi, mantenendo il circuito secondario in corto circuito.
Ad ogni valore di tensione verranno lette informazioni riguardanti potenza e corrente
assorbita.L’alimentazione può essere applicata sia dal lato AT che dal lato bt: la scelta verrà
indicata al punto 5.4.2.(v. app. A ,fig 5.3.2).
La prova viene eseguita il g. 10/01/2005 alle ore 10.40am nel sito indicato al punto 1.2 alla
temperatura di circa 23°. Lo stato della macchina prima della prova rispettava il primo punto del
5.2.2.
5.4 Scelta della strumentazione di prova
5.4.1 strumentazione nella prova a vuoto
Il tipo di misure da eseguire in questa prova è pertinente al 5.3.1. Saranno impiegati :tre wattmetri,
tre amperometri, un voltmetro. Si utilizzano strumenti di misura elettrodinamici di classe di
precisione 0,5 .Tali apparecchiature permettono di trascurare gli errori sistematici strumentali.
Inoltre, data l’esigua corrente aspettata, l’inserimento degli strumenti sarà del tipo con le
volumetriche a monte, per eliminare errori sistematici di autoconsumo. La portata degli strumenti
viene scelta in base al 3.2.2.
- wattmetro
V.f.s.= 300V
I.f.s.=2,5A
R=0,48 Ω
L=0,366 mH
k=1
cosφ=0,2
-amperometro
- voltmetro
V.f.s. = 450V
Autoconsumo = 30mA
k=3
I.f.s.=2,5A
R=0,28 Ω
k=0.025
I.f.s.=5A
k=1
La scelta di questi soli strumenti impone che l’alimentazione sia collegata al lato b.t. del
trasformatore.
Gli strumenti indicate appartengono al dipartimento di ingegneria elettrica dell’università “Federico
II” di Napoli.
5
5.4.2 strumentazione nella prova di corto circuito
Il tipo di misure da eseguire in questa prova è pertinente al 5.3.2. Saranno impiegati :tre wattmetri,
tre amperometri, un voltmetro. Si utilizzano strumenti di misura elettrodinamici di classe di
precisione 0,5 .Tali apparecchiature permettono di trascurare gli errori sistematici strumentali. La
portata degli strumenti viene scelta in base al 3.2.2.Gli strumenti saranno soggetti a cambiamenti di
portata nelle fasi della prova, come descritto in seguito:
- wattmetro
V.f.s.= 450V
I.f.s.=5A
R=0.122Ω
L=0,091 mH
k=2
cosφ=0,2
-amperometro
- voltmetro
V.f.s. = 450V
Autoconsumo = 30mA
k=3
I.f.s.=5A
R= 0.07Ω
k=0.05
I.f.s.=5A
k=1
Alla quarta misura, verranno cambiate le portate dei wattmetri là dove è possibile, in modo da
evitare che gli strumenti vadano a fondo scala.
La scelta di questi strumenti , e il punto 3.2.2 impone che l’alimentazione sia collegata al lato AT
del trasformatore.
Gli strumenti indicate appartengono al dipartimento di ingegneria elettrica dell’università “Federico
II” di Napoli.
6
5.5 Risultati delle prove
5.5.1 Prova a vuoto
I calcoli vengono riportati nell’appendice A par. 5.5.1.1
I grafici vengono riportati nell’appendice A par 5.5.1.2
STRUMENTI
W1
A1
W2
A2
W3
A3
V
1
18 W
0.25 A
15 W
0.13 A
25 W
0,5 A
234 V
2
24 W
0.35 A
20 W
0.25 A
34 W
0,55 A
267 V
3
31 W
0.58 A
27 W
0.43 A
50 W
1,05 A
312 V
NUMERO PROVA
4
5
34 W
35 W
0.73 A
0.94 A
30 W
35 W
0.55 A
0.73 A
59 W
72 W
1,35 A
1,7 A
333 V
354 V
6
35 W
1.34 A
38 W
1.05 A
97 W
2,47 A
381 V
7
32 W
1.7 A
41 W
1.3 A
118 W
3,02 A
400 V
5.5.2 Prova di corto circuito
I calcoli vengono riportati nell’appendice A par. 5.5.2.1
I grafici vengono riportati nell’appendice A par. 5.5.2.2
STRUMENTI
W1
A1
W2
A2
W3
A3
V
1
81 W
1.43 A
81 W
1.45 A
80 W
1.42A
198 V
NUMERO PROVA
2
3
185 W
262 W
2.2 A
2.65 A
180 W
254 W
2.2 A
2.6 A
180 W
254 W
2,1 A
2,45 A
294 V
351 V
4
222 W
2.9 A
450 W*
2.9 A
290 W
2,7 A
393 V
5.6 Discussione dei risultati
5.6.1 Prova a vuoto
La misura indicata dagli strumenti A3 e W3, relativa alla corrente e alla potenza assorbita dalla fase
due, risulta maggiore delle altre misure di A1,W1 e A2,W2, perché il modello del trasformatore in
esame è a tre colonne: la riluttanza del circuito magnetico a cui questa fase fa riferimento, è circa la
metà delle singole riluttanze delle altre colonne.
Caratteristiche a vuoto
a) corrente assorbita in funzione della tensione applicata (v. fig. A 5.5.1.2.c)
7
La caratteristica corrisponde a quella di magnetizzazione del nucleo: infatti la tensione applicata è
proporzionale al flusso e quindi all’induzione, e la corrente assorbita, per gran parte magnetizzante,
è proporzionale al campo magnetico.
Il trasformatore è ben dimensionato perché il suo punto nominale di funzionamento è situato sulla
zona lineare della caratteristica. In corrisponedenza della tensione nominale, si leggerà sul
diagramma la corrente a vuoto.
b) perdite nel ferro in funzione della tensione applicata (v. fig. A.5.5.1.2a)
Le perdite nel ferro, a frequenza costante, variano pressoché con il quadrato dell'induzione massima
e, quindi, col quadrato della tensione applicata. Per tale motivo questa caratteristica ha andamento
parabolico; in corrispondenza della tensione nominale primaria V1n si leggeranno sul diagramma le
corrispondenti perdite nel ferro P0.
c)fattore di potenza a vuoto in funzione della tensione applicata (v. fig. A.5.5.1.2b)
Il valore del fattore di potenza a vuoto si mantiene molto al di sotto del valore uno.
La sua notevole variazione al variare della tensione applicata è dovuta al variare del rapporto tra la
potenza attiva (trascurabile in questa prova) e reattiva assorbite (preponderante), ed è legata anche
ai fenomeni di non linearità propri del mezzo ferromagnetico.
5.6.2 Prova di corto circuito
Caratteristiche di corto circuito
a) corrente applicata in funzione della tensione assorbita (v. fig. 5.5.2.2.b)
Se durante la prova la temperatura è rimasta costante e così pure la frequenza, saranno rimaste
costanti la resistenza e la reattanza di dispersione degli avvolgimenti. Per tale motivo la
caratteristica avrà un andamento rettilineo, essendo la tensione proporzionale alla corrente
attraverso l'impedenza equivalente. In corrispondenza della corrente primaria nominale I1n, si
leggerà sul diagramma la tensione primaria nominale di cortocircuito Vccta riferita alla
temperatura ambiente.
b) perdite negli avvolgimenti in funzione della corrente assorbita (v. fig. 5.5.2.2.a)
La curva ha un andamento pressoché parabolico, poichè le perdite negli avvolgimenti variano
con il quadrato della corrente, mentre la resistenza degli stessi si può ritenere costante. In
corrispondenza della corrente primaria nominale I1n, si leggeranno sul diagramma le
corrispondenti perdite negli avvolgimenti Pccta alla temperatura ambiente
8
c) fattore di potenza in cortocircuito in funzione della corrente assorbita (v. fig. 5.5.2.2.d)
Tale curva ha un andamento quasi orizzontale poiché il fattore di potenza si ricava dal rapporto
tra la resistenza e l'impedenza, che si possono ritenere costanti, per valori di corrente nominali.
5.6.3 Interpretazione dei risultati
Dalla prova a vuoto è possibile ricavare le perdite nel ferro.Dai calcoli riportati in appendice (v.
app. A.5.5.1.1) si ricava che Pfe=191 W.
Dalla prova di corto circuito si ricavano le perdite per effetto Joule nel rame. La (v. app. A.5.5.2.1)
potenza dissipata negli avvolgimenti vale Pcu=974,4 W a 75°C di temperatura.
La tensione di corto circuito secondo rif. 2.1 deve appartenere ad una fascia del +-10% della
tensione nominale. La prova dimostra che la tensione di corto circuito è pari al 3.93% di quella
nominale.
La corrente a vuoto vale I0 =2.01 al lato bt, quindi circa il 4% di quella nominale.
Note queste due grandezze (v. app. A 5.5.1.1) è possibile ricavare il rendimento del trasformatore,
con il metodo delle perdite separate. Risulta η=97.7%
Dalle analisi fatte, è possibile stimare anche un grafico del rendimento a tensione e fattore di
potenza costante. Da tale grafico si evince che la corrente nominale e quindi il punto di lavoro
nominale, si trova dopo il punto di massimo rendimento: ciò significa che il trasformatore è ben
progettato.
Per un dettaglio maggiore delle grandezze calcolate riferirsi all’appendice A al paragrafo 5.5.1.1. e
5.5.2.1
6. CONCLUSIONI E RINVIO AL CERTIFICATO DI COLLAUDO
Sulla base delle analisi svolte ed i cui risultati sono stati dettagliati nei punti da 4 e 5 di questa
relazione, i sottoscritti collaudatori
Catello Di Martino
Ganna Domnina
Valentina Cristina Del Franco
Iscritti alla facoltà di ingegneria informatica presso l’ateneo Federico II di Napoli a far data dal
2001, con le rispettive matricole di 41/3468,41/3434,41/3368, nominati dal committente prof. Ing.
Bruno Macchiaroli, abbiamo emesso il certificato di collaudo per il trasformatore ubicato al
dipartimento di ingegneria elettrica dell’università Federico II di Napoli, più dettagliatamente
descritta al punto 3.2 di questa relazione. Questa relazione costituisce il principale allegato di tale
certificato e ne dettaglia e giustifica le conclusioni.
Firma
9
APPENDICE A
Fig. 3.2.2
Prova a vuoto
STRUMENTI
W1
A1
W2
A2
W3
A3
V
1
18
10
15
5
25
0,5
78
3
31
23
27
17
50
1,05
104
NUMERO STOP
4
5
34
35
29
37,5
30
35
22
29
59
72
1,35
1,7
111
118
NUMERO STOP
2
3
92,5
131
44
53
90
127
44
52
90
127
2,1
2,45
98
117
4 costanti
111
2
58
0,05
150
2
58
0,05
72,5
2
2,7
1
131
3
2
24
14
20
10
34
0,55
89
Fig. 5.5.1.1
Prova di Corto
circuito
STRUMENTI
W1
A1
W2
A2
W3
A3
V
1
40,5
28,5
40,5
29
40
1,42
66
figura 5.5.1.2
10
6
35
54
38
42
97
2,47
127
7 COSTANTI
32
1
68
0,025
41
1
52
0,025
118
1
3,02
1
133,3
3
- 5.5.1.1 prova a vuoto
Fig. 5.3.1
Il wattmetro l’amperometro ed il voltmetro, forniscono direttamente i valori di Pm, I0 e V.
Il fattore di potenza cosϕ0 sarà
cos ϕ0 =
Pfe
3 ⋅ VI 0
Ora, con i dati rilevati a Vn = 400 V è possibile calcolare i valori di G e B:
Ia = I0 ⋅ cosϕ0 =1.99 A
Im = I0 ⋅ senϕ = 0.28 A
G = Ia /(V1n /1.73)=1.22mSi
B= Im/ (V1n /1.73)=8.62mSi
-5.5.1.2 Grafici della prova a vuoto
11
Fig 5.5.1.2.a Potenza assorbita a vuoto in funzione della tensione
Fig 5.5.1.2.b fattore di potenza a vuoto in funzione della tensione
12
Fig 5.5.1.2c Ccorrente assorbita a vuoto in funzione della tensione
Fig 5.5.1.2.d Confronto tra l’andamento della potenza assorbita e la tensione con un polinomio dei minimi quadrati
(evidenzia l’andamento quadratico)
13
Fig 5.5.1.2.e Confronto tra l’andamento della potenza assorbita e la tensione con un polinomio dei minimi quadrati :
residui dall’andamento ideale
14
-5.5.2.1 prova di corto circuito
Fig. 5.3.2
Calcoli effettuati
Con la potenza rilevata a temperatura ambiente si può ricavare il fattore di potenza ( cosϕcta ) a
temperatura ambiente:
Le resistenze del primario e del secondario sono rispettivamente
R1=44.205 Ω
R2=0.04155 Ω
Alla temperatura ambiente (indicata con il pedice ta)
cosϕccta = Pccta / (Vcc * Icc)
Ora, l’impedenza di corto circuito si calcola nel seguente modo:
lato AT
Rcta= Pccta / ( Icc)2=32.4 Ω
Zccta = Vccta / Icc=136 Ω
In questo modo conoscendo l’impedenza e il fattore di potenza, è possibile ricavare la resistenza di
corto circuito ( Rccta ):
Infine il valore della reattanza di corto circuito ( Xccta ):
Xccta =
2
2
Z cta − Rcta =128.6 Ω
Lato bt
15
Vcc=(3.96*400)/(100*1.73)=9.16V
I=50000/(1.73*400)=72.25°
Pcc=812/3=270.67W
Zccta=Vcc/I=9.16/72.25=0.127 Ω
Xccta= (0.127) 2 − (0.042) 2 = 0.27Ω
Noti i parametri a temperatura ambiente, si possono ricavare i corrispettivi parametri a 75 °C,
utilizzando il fattore Kt dato da:
Kt = 235 + 75 / 235 + ta=1.22
Noto Kt, si calcolano i seguenti parametri a 75 °
Pcc75° = Kt ⋅Pccta=974.4 W
Pcc%=1.9%
AT a 75°: X1d=154.5 Ω
bt a 75°: X2d=0.32 Ω
R1=53.11 Ω
R2=0.05 Ω
16
-5.5.2.2 Grafici della prova di corto circuito
Fig 5.5.2.2.aPotenza assorbita nella prova di corto circuito
Fig 5.5.2.2.b corrente assorbita nella prova di corto circuito con retta dei minimi quadrati(evidenzia andamento
pressocchè lineare)
17
Fig 5.5.2.2.c Potenza assorbita, in funzione del quadrato della corrente di corto circuito
Fig 5.5.2.2.d Andamento del fattore di potenza al variare della corrente nella prova di corto circuito
18
Fig 5.5.3Rendimento del trasformatore a tensione costante e corrente variabile nel range della prova di corto
circuito
19