"RELAZIONE FINALE ALLEGATA AL CERTIFICATO DI COLLAUDO DI TRASFORMATORE"

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1 "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 Descrizione della macchina elettrica Descrizione Il trasformatore in questione è stato realizzato dalla ditta Conato S.p.A. come riferito al punto nell anno 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 e

2 3.2 Dati formali Costruttore Il trasformatore è stato realizzato dalla ditta Elettroneccanica CONATO S.p.A. di Torre Annunziata (NA) nell anno Dati di targa (v. app. A.3.2.2) Trasformatore trifase ANR 10 Elettromeccanica CONATO S.p.A. N 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. Tensione nominale 10 ± 5 % KV Corrente nominale A Caratteristiche di isolamento T. illimitato 12 KV 1 minuto 28KV Impulsivo 75KV Collegamento TRIANGOLO Lato b.t. Tensione nominale 400 V Corrente nominale A Cni 3.6/8 KV 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 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 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 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

4 - si considererà come risultato la potenza misurata, indicativa delle perdite a vuoto nel trasformatore (nel ferro) 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 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 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 (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 prova di corto circuito 4

5 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 (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 Scelta della strumentazione di prova strumentazione nella prova a vuoto Il tipo di misure da eseguire in questa prova è pertinente al 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 wattmetro V.f.s.= 300V I.f.s.=2,5A R=0,48 Ω L=0,366 mh k=1 cosφ=0,2 - voltmetro V.f.s. = 450V Autoconsumo = 30mA k=3 -amperometro 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

6 5.4.2 strumentazione nella prova di corto circuito Il tipo di misure da eseguire in questa prova è pertinente al 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 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 - voltmetro V.f.s. = 450V Autoconsumo = 30mA k=3 -amperometro 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 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

7 5.5 Risultati delle prove Prova a vuoto I calcoli vengono riportati nell appendice A par I grafici vengono riportati nell appendice A par NUMERO PROVA STRUMENTI W1 18 W 24 W 31 W 34 W 35 W 35 W 32 W A A 0.35 A 0.58 A 0.73 A 0.94 A 1.34 A 1.7 A W2 15 W 20 W 27 W 30 W 35 W 38 W 41 W A A 0.25 A 0.43 A 0.55 A 0.73 A 1.05 A 1.3 A W3 25 W 34 W 50 W 59 W 72 W 97 W 118 W A3 0,5 A 0,55 A 1,05 A 1,35 A 1,7 A 2,47 A 3,02 A V 234 V 267 V 312 V 333 V 354 V 381 V 400 V Prova di corto circuito I calcoli vengono riportati nell appendice A par I grafici vengono riportati nell appendice A par NUMERO PROVA STRUMENTI W1 81 W 185 W 262 W 222 W A A 2.2 A 2.65 A 2.9 A W2 81 W 180 W 254 W 450 W* A A 2.2 A 2.6 A 2.9 A W3 80 W 180 W 254 W 290 W A3 1.42A 2,1 A 2,45 A 2,7 A V 198 V 294 V 351 V 393 V 5.6 Discussione dei risultati 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 c) 7

8 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 a) 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 V 1n si leggeranno sul diagramma le corrispondenti perdite nel ferro P 0. c)fattore di potenza a vuoto in funzione della tensione applicata (v. fig. A b) 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 Prova di corto circuito Caratteristiche di corto circuito a) corrente applicata in funzione della tensione assorbita (v. fig 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 I 1 n, si leggerà sul diagramma la tensione primaria nominale di cortocircuito V ccta riferita alla temperatura ambiente. b) perdite negli avvolgimenti in funzione della corrente assorbita (v. fig 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 I 1 n, si leggeranno sul diagramma le corrispondenti perdite negli avvolgimenti P ccta alla temperatura ambiente 8

9 c) fattore di potenza in cortocircuito in funzione della corrente assorbita (v. fig 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 Interpretazione dei risultati Dalla prova a vuoto è possibile ricavare le perdite nel ferro.dai calcoli riportati in appendice (v. app. A ) si ricava che Pfe=191 W. Dalla prova di corto circuito si ricavano le perdite per effetto Joule nel rame. La (v. app. A ) 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 I 0 =2.01 al lato bt, quindi circa il 4% di quella nominale. Note queste due grandezze (v. app. A ) 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 e 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

10 APPENDICE A Fig Prova a vuoto NUMERO STOP STRUMENTI COSTANTI W A , ,025 W A ,025 W A3 0,5 0,55 1,05 1,35 1,7 2,47 3,02 1 V ,3 3 Fig Prova di Corto circuito NUMERO STOP STRUMENTI costanti W1 40,5 92, A1 28, ,05 W2 40, A ,05 W ,5 2 A3 1,42 2,1 2,45 2,7 1 V figura

11 prova a vuoto Fig Il wattmetro l amperometro ed il voltmetro, forniscono direttamente i valori di P m, I 0 e V. Il fattore di potenza cosϕ 0 sarà cosϕ = 0 P fe 3 VI 0 Ora, con i dati rilevati a V n = 400 V è possibile calcolare i valori di G e B : I a = I 0 cosϕ 0 =1.99 A I m = I 0 senϕ = 0.28 A G = I a /(V 1n /1.73)=1.22mSi B= I m / (V 1n /1.73)=8.62mSi Grafici della prova a vuoto 11

12 Fig a Potenza assorbita a vuoto in funzione della tensione Fig b fattore di potenza a vuoto in funzione della tensione 12

13 Fig c Ccorrente assorbita a vuoto in funzione della tensione Fig d Confronto tra l andamento della potenza assorbita e la tensione con un polinomio dei minimi quadrati (evidenzia l andamento quadratico) 13

14 Fig e Confronto tra l andamento della potenza assorbita e la tensione con un polinomio dei minimi quadrati : residui dall andamento ideale 14

15 prova di corto circuito Fig Calcoli effettuati Con la potenza rilevata a temperatura ambiente si può ricavare il fattore di potenza ( cosϕ cta ) a temperatura ambiente: Le resistenze del primario e del secondario sono rispettivamente R1= Ω R2= Ω Alla temperatura ambiente (indicata con il pedice ta) cosϕ ccta = P ccta / (V cc * I cc ) Ora, l impedenza di corto circuito si calcola nel seguente modo: lato AT Rc ta = P ccta / ( I cc ) 2 =32.4 Ω Zcc ta = Vcc ta / I cc =136 Ω In questo modo conoscendo l impedenza e il fattore di potenza, è possibile ricavare la resistenza di corto circuito ( R ccta ): Infine il valore della reattanza di corto circuito ( X ccta ): X ccta = 2 2 cta R cta Z =128.6 Ω Lato bt 15

16 Vcc=(3.96*400)/(100*1.73)=9.16V I=50000/(1.73*400)=72.25 Pcc=812/3=270.67W Z ccta =Vcc/I=9.16/72.25=0.127 Ω X ccta = (0.127) 2 2 (0.042) = 0. 27Ω Noti i parametri a temperatura ambiente, si possono ricavare i corrispettivi parametri a 75 C, utilizzando il fattore K t dato da: K t = / t a =1.22 Noto K t, si calcolano i seguenti parametri a 75 Pcc 75 = K t P ccta =974.4 W Pcc%=1.9% AT a 75 : X1d=154.5 Ω R1=53.11 Ω bt a 75 : X2d=0.32 Ω R2=0.05 Ω 16

17 Grafici della prova di corto circuito Fig aPotenza assorbita nella prova di corto circuito Fig b corrente assorbita nella prova di corto circuito con retta dei minimi quadrati(evidenzia andamento pressocchè lineare) 17

18 Fig c Potenza assorbita, in funzione del quadrato della corrente di corto circuito Fig d Andamento del fattore di potenza al variare della corrente nella prova di corto circuito 18

19 Fig 5.5.3Rendimento del trasformatore a tensione costante e corrente variabile nel range della prova di corto circuito 19

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