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Collaudo TRAFO trifase - ITI "P. Hensemberger"

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Alunno:
Gruppo:
Classe:
Data.:
I. T. I. S.
P. HEMSEMBERGER
...............
........
5 Bs
1997/98
MONZA
COLLAUDO DI UN TRASFORMATORE TRIFASE
Oggetto:
Scopo:
Trasformatore trifase n° ......
Sn = ........ VA - fn = 50 Hz
V1n = ………V
I1n = ……. A
V20 = …….…V
I2n = ……. A
Collegamento ………. (Υ / ∆)
Collegamento ………. (Υ / ∆)
1 – Disegnare il circuito equivalente ( di fase)
2 – Tracciare la curva del rendimento η = f(I2).
3 – Tracciare la caratterisitica esterna V2 = f(I2).
PROVE PRATICHE ESEGUITE (Metodo indiretto):
-) Misura di isolamento (non eseguita).
-) Ricerca dei morsetti corrispondenti (non eseguita).
1) Misura del rapporto di trasformazione a vuoto.
2) Misura delle resistenze degli avvolgimenti.
3) Prova a vuoto.
4) Prova in corto circuito.
ELABORAZIONE DEI DATI MISURATI
1) Determinazione dei prametri caratteristici del trasformatore.
2) Determinazione del circuito equivalente.
3) Determinazione delle caratteristiche esterne (V2 - I2; ∆V2 - I2).
4) Determinazione della caratteristica del rendimento (η - I2).
Collaudo trasformatore trifase
pag. 1
PREMESSA – PROVE SULLE MACCHINE ELETTRICHE
Le prove di collaudo delle macchine elettriche devono essere eseguite seguendo i criteri
stabiliti dalle Norme CEI a meno che non vi siano accordi particolari tra le parti.
Le Norme da seguire per le prove sulle macchine elettriche sono:
a) per le macchine rotanti: Norme CEI 2.3 (fasc. 355) del 1974 e 2.6 (fasc. 418) del 1976;
b) per i trasformatori: Norme CEI 14.4 (fasc. 253) del 1969.
Le principali prove da eseguire sulle macchine elettriche sono:
a) prova di riscaldamento;
b) prova di isolamento;
c) prova di funzionamento per la determinazione del rendimento (nel caso di macchine rotanti)
e delle perdite (nel caso di trasformatori).
Oltre a queste prove che sono obbligatorie e devono essere eseguite secondo quanto
fissato dalle Norme, si eseguono normalmente altre prove di funzionamento che consentono di
poter meglio studiare il comportamento ed il funzionamento delle macchine.
Nel caso in esame sono state eseguite solamente le 4 prove del metodo indiretto. I
risultati sono stati elaborati in modo da pervenire alla determinazione del circuito equivalente del
trasformatore attraverso il quale sono state poi tracciate le curve dette caratteristiche di
funzionamento, (tensione V2, c. d. t. e rendimento in funzione del carico erogato).
Le caratteristiche di funzionamento possono essere tracciate anche con prove dirette (a
carico) sul trasformatore. Tali prove presentano però notevoli difficoltà (soprattutto nei
trasformatori di grande potenza) dovute alla elevata precisione richiesta nelle misure delle
potenze al primario e al secondario ed alla non disponibilità dei carichi necessari per simulare le
varie condizioni di carico presso i laboratori di misura.
Collaudo trasformatore trifase
pag. 2
VERIFICHE DI ISOLAMENTO
Scopo:
Verificare l’efficacia degli isolanti impiegati nella costruzione, sottoponendoli a
sollecitazioni anormali e convenzionali.
Prove:
Misura della resistenza d’isolamento;
Prova di rigidità dielettrica.
1.1 - Misura della resistenza d’isolamento
La misura si esegue con un megaohmmetro tra:
a) avv. prim – avv. prim.
avv. sec. – avv. sec.
b) avv. prim. – avv. sec.;
c) avv. prim. e avv. sec. collegati assieme – nucleo magnetico e parti metalliche.
La tensione di prova deve essere di 500 V (per macchine in cat. I 50 < Un < 1000 V c.a.);
La resistenza misurata deve essere di almeno 1000 Ω per ogni volt di tensione nominale
dell’avv. AT.
1.2 - Prova d’isolamento (o di rigidità dielettrica)
Con tale prova si provocano delle forti sollecitazioni elettriche che permettono di rilevare
eventuali difetti d’isolamento.
La prova si esegue con un misuratore di rigidità dielettrica tra parti attive collegate tra loro e
masse.
Caratteristiche della prova: Durata della prova: 1 min
Tensione isolamento nominale Ui (V)
Tensione di prova (V) a f = 50 Hz
Ui < 60
1.000
60 < Ui < 300
2.000
300 < Ui < 690
2.500
609 < Ui < 800
3.000
800 < Ui < 1000
3.500
1000 < Ui < 1500
3.500
La prova è superata se non si ha cedimento dell’isolamento.
Collaudo trasformatore trifase
pag. 3
- RICERCA DEI MORSETTI CORRISPONDENTI
Metodo di misura: METODO DELLE 2 TENSIONI
V1 misura la tensione dell’avvolgimento 1
V2 misura la tensione tra i 2 avvolgimenti collegati in serie
N.B. In fig. 2, l’avvolgimento secondario è avvolto in modo opposto rispetto a come è avvolto in
fig. 1.
TABELLA DEGLI STRUMENTI
N°
STRUMENTO
TIPO
CARATTERISTICHE
COSTRUTTOR
E
1
Vriac
Man. a rot.
0 ÷ 400 V - ..... A
Da banco
2
Voltometro 1
Multimatro digitale
V, I, F, R - Cl = .....
FLUKE
3
Voltometro 2
Multimatro digitale
V, I, F, R - Cl = .....
FLUKE
Collaudo trasformatore trifase
N° MAT.
pag. 4
NOTE
In un trasformatore in genere il secondario è svincolato dal primario e la tensione
secondaria può essere utilizzata disponendo in genere il carico tra i due morsetti della macchina
in modo indifferente. Va tuttavia rilevato che il vettore tensione secondaria ha un suo senso ben
preciso rispetto al vettore tensione primaria, senso che per il collegamento dei singoli carichi
non ha alcuna importanza ma che va tenuto ben presente nel caso di:
- collegamento in parallelo di più trasformatori;
- alimentazione di strumenti o apparecchi di tipo elettrodinamico o a induzione.
Infatti nel primo caso, per il collegamento in parallelo di più trasformatori è necessario
che le tensioni secondarie siano rigorosamente in fase e quindi è necessario il collegamento
diretto dei morsetti corrispondenti.
Nel secondo caso, se si rovescia il verso della tensione di alimentazione di uno dei 2
circuiti degli apparecchi elettrodinamici o ad induzione, muta il segno dell’azione meccanica.
PROCEDIMENTO
Determinazione della corrispondenza di colonna
Si alimenta un solo avv. prim. e si misurano le 3 tensioni sugli avv. sec.
Sull’avv. corrispondente la tensione è doppia rispetto agli altri 2 in quanto il
flusso magnetico e doppio nella colonna alimentata.
Determinazione della corrispondenza di morsetto
Si collegano tra di loro i morsetti A-a e si alimenta il circuito con una
tensione V1 applicata tra i morsetti A-B (lato AT). Quindi si misura la tensione V2
tra i morsetti B-b.
Se il voltometro V2 segna meno della tensione di alimentazione V1: A - a sono a
polarità concorde.
Se il voltometro V2 segna più della tensione di alimentazionione V1: A - a sono a
polarità discorde.
Collaudo trasformatore trifase
pag. 5
1) MISURA DEL RAPPORTO DI TRASFORMAZIONE A VUOTO
V1
V
V2
V
Ko
NOTE
95,40
31,95
2,99
VAB-Vab
95,40
31,80
3,00
VAB-Vac
95,40
31,69
3,01
VAB-Vbc
87,90
29,05
3,03
VAC-Vab
87,90
28,92
3,04
VAC-Vac
87,90
28,90
3,04
VAC-Vbc
87,80
29,15
3,01
VBC-Vab
87,80
87,80
29,02
29,17
3,03
3,01
VBC-Vac
VBC-Vbc
V1
E1 N1
Ko = V ≅ E = N
20
2
2
Ko =
K1 + K2 + K3 + …… Kn
n
CONDIZIONI DELLA PROVA
Metodo di misura: Metodo diretto
RV2 elevata in modo che il trasformatore sia prossimo al funzionam. a vuoto durante la prova.
Misure eseguite alimentando sia il primario che il secondario.
La misura, per motivi di sicurezza, può essere condotta a tensioni inferiori alle Vn.
La rotazione delle fasi dovrebbe rilevare eventuali differenze costruttive.
Collaudo trasformatore trifase
pag. 6
2) MISURA DELLA RESISTENZA DEGLI AVVOLGIMENTI
Metodo di misura: VOLT-AMPEROMETRICO.
LATO AT
V
I
mV
mA
LATO BT
V
I
R
mV
mA
Ω
R
Ω
RAB
RAB
RAB
313
625
938
100
200
300
3,13
3,13
3,13
Rab
Rab
Rab
46,1
91,6
137
100
200
300
0,46
0,46
0,46
RAC
RAC
RAC
330
659
989
100
200
300
3,3
3,3
3,3
Rac
Rac
Rac
37,8
75,5
113
100
200
300
0,38
0,38
0,38
RBC
RBC
RBC
333
655
997
100
200
300
3,33
3,28
3,32
Rbc
Rbc
Rbc
56,6
104
155
100
200
300
0,57
0,52
0,52
Υ
R1m = 3,24
Ω
R1f =
Ω
1,62
∆
R2m = 0,46
Ω
R2f =
Ω
0,68
CONDIZIONI DELLA PROVA
-
Metodo più indicato: Doppio ponte di Thomson (ma complesso e apparecchi dedicati)
Misura di piccole resisteze (> di 1 Ω) in c.c. alla t.a. (20°C)
Attenzione alle resistenze dei cavetti e di contato
Rz per limitare la corrente
Voltometro a valle per trascurare gli autoconsumi
Imax < 10% di In per non riscaldare gli avvolgimenti
Rf = resistenza di fase Rm = resistenza misurata ai morsetti del trasformatore
Rf = ½ Rm (per collegamento a stella)
Rf = 3/2 Rm (per collegamento a triangolo)
Collaudo trasformatore trifase
pag. 7
3) PROVA A VUOTO
Determinare: Pfe; Io, cos ϕo, Zo, Ro, Xo, Ia, Iµ
SCOPO
TABELLA DEGLI STRUMENTI (esempio)
N°
STRUMENTO
TIPO
CARATTERIST.
COSTRUTT.
1
VARIAC
Toroidale
3F+N - 0-400V - 16A
Da banco
2
Voltometro
Multim. digitale
Vcc-Vca-Icc-Ica-f-Ω
FLUKE III
3
Amperometro
Multim. digitale
Vcc-Vca-Icc-Ica-f-Ω
FLUKE III
4
Wattmetro
Digitale
P – Q - cosϕ
NORMA
N° MAT.
TABELLA DATI SPERIMENTALI (esempio)
LET.
N°
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
V
V
150
140
130
120
110
100
90
80
70
60
I1
A
3,30
2,02
1,38
0,98
0,72
0,33
0,42
0,33
0,27
0,23
Po = W1 + W2
I2
A
3,38
2,00
1,31
0,90
0,64
0,49
0,37
0,30
0,25
0,22
Cos ϕo = Po / S
Po = Pfe + Pcu1(Io)
Collaudo trasformatore trifase
I3
A
4,04
2,46
1,66
1,17
0,86
0,66
0,52
0,42
0,35
0,31
Io
A
3,57
2,16
1,45
1,02
0,74
0,49
0,44
0,35
0,29
0,25
S=
W1
W
271,0
154,6
103,8
74,0
53,8
40,0
29,2
21,4
15,8
11,6
W2
W
-144,0
-59,1
-24,0
-7,4
1,9
3,0
8,4
8,8
7,7
7,1
Po
W
127,0
95,5
79,8
66,6
55,7
43,0
37,6
30,2
23,5
18,7
Cos o
/
0,14
0,18
0,24
0,32
0,40
0,50
0,55
0,62
0,67
0,71
3 V x Io
Pcu1(Io) = R1 x Io2 è trascurabile in quanto Io è circa il 10% di In
pag. 8
CONDIZIONI DELLA PROVA
1. Alimentazione lato …… Vn = … V
In = …. A
(N.B. Io ∼ 10% di In a Vn)
2. Alimentazione lato BT (si riduce la V ed aumenta la I) per avere tensioni e correnti
compatibili con gli strumenti di misura e operare con tensioni meno pericolose.
3. V = variabile tra 40% ÷ 120% di Vn – Almeno 10 misure
4. Voltmetriche a monte per trascurare gli autoconsumi (non rilevante con strum.
dig.).
5. Le potenze misurate dal wattmetro sono modeste (attenzione ai decimali); Il cos ϕ
è basso.
6. Po ∼ Pfe in quanto le Pcu durante la prova a vuoto sono trascurabili
CARICO SQUILIBRATO
N.B. Il trasf a vuoto si presenta come un carico squilibrato per la diversità dei 3 circuiti
magnetici (il circuito magnetico dell’avv. centrale più corto e quindi vede una riluttanza
minore rispetto agli avvolgimenti laterali), pertanto, per misurare il cosϕ non è sufficiente
ARON. In realtà la diversità tra le 3 correnti è prevalentemente in modulo e non in fase,
pertanto all’atto pratico, a misurare il cos ϕ con 2 wattmetri (ARON) si commette un errore
trascurabile.
•
Se il trasformatore è collegato a Υ la corrente della fase centrale è minore delle altre
2.
•
Se il trasformatore è collegato a ∆ la corrente di linea corrispondente al nodo delle 2
fasi laterali (è una linea laterale e non la centrale) è maggiore delle altre 2.
Collaudo trasformatore trifase
pag. 9
GRAFICI
•
Io – Vo: Caratteristica di magnetizzazione (notare ginocchio di saturazione)
•
Po – Io: Funzione quadratica (parabola) in quanto Po ∼ Pfe che è funzione di V2.
•
Cosϕo – Io: Dipende dalla curva Io – Vo
VALORI FINALI
Pfe
Io
= …….. W
si ricava dal grafico Po – V, alla Vn
= …….. A
si ricava dal grafico Io – V, alla Vn
Cosϕo = ……..
Collaudo trasformatore trifase
si ricava dal grafico Cosϕo – V, alla Vn
pag. 10
6) PROVA IN CORTO CIRCUITO
SCOPO
Determinare:
Pcu; Ze, Re, Xe
N.B. Serve TA per trafo da 1500-2000 VA
TABELLA DEGLI STRUMENTI (esempio)
N°
STRUMENTO
TIPO
CARATTERIST.
COSTRUTT.
1
VARIAC
Toroidale
3F+N - 0-400V - 16A
Da banco
2
Voltometro
Multim. digitale
Vcc-Vca-Icc-Ica-f-Ω
FLUKE III
3
Amperometro
Multim. digitale
Vcc-Vca-Icc-Ica-f-Ω
FLUKE III
4
Wattmetro
Digitale
P – Q - cosϕ
NORMA
N° MAT.
TABELLA DATI SPERIMENTALI (esempio)
LET.
N°
I
A
V
V
W1
W
W2
W
Pcc
W
Cos cc
/
1
2
3
4
5
6
7
8
9
4,53
4,00
3,50
3,01
2,50
2,02
1,44
1,04
0,47
27,84
25,19
22,34
19,33
17,16
13,57
10,89
7,27
4,00
112,2
90,5
64,6
51,0
38,1
23,7
13,9
5,6
1,4
97,6
77,3
66,5
46,8
34,1
22,3
12,3
7,0
1,7
209,8
167,8
131,1
97,8
72,2
46,0
26,2
12,6
3,1
0,96
0,96
0,97
0,97
0,97
0,97
0,97
0,96
0,95
Pcc = W1 + W2
Cos ϕcc = Pcc / S
Pcu = Pcc + Pfe(Vo)
Collaudo trasformatore trifase
S=
3VxI
Pfe(Vo) è trascurabile in quanto Io è circa il 6% di Vn
pag. 11
CONDIZIONI DELLA PROVA
1. 1 Alimentazione lato ……
Vn = … V
In = …. A
(N.B. Vcc ∼ 4-6% di Vn a In)
2. Alimentazione lato AT (si riduce la I ed aumenta la V) per avere tensioni e correnti
compatibili con gli strumenti di misura e operare con correnti non elevate.
3. Attenzione alla sezione dei cavi di corto circuito.
4. I = variabile tra 20% ÷ 120% di In – Almeno 10 misure
5. Prova condotta per valori decrescenti, per avere la macchina a regime termico.
6. Voltmetriche a valle per trascurare gli autoconsumi. (non rilevante con strum.
dig.).
7. Le potenze misurate dal wattmetro sono modeste (attenzione ai decimali); Il cos ϕ
è quasi 1.
8. Pcc ∼ Pcu in quanto le Pfe durante la prova in c.to-c.to sono trascurabili
Pcc = Pcu + Pfe(Vcc)
Vcc ∼ 0,05 Vn
Vcc = (4% ÷ 6%) di Vn a In
Pfe(Vcc) = k x Vcc2
⇒
Vcc2 ∼ 0,0025 Vn
⇒
Pfe(cc) = 0,25% Pfe(n) del normale
funzionamento
GRAFICI
Vcc
Pcc
cosfcc
Pcc=f(I 2 )
Pcc=f(I)
0
In
•
Icc
0
In
Icc
0
In
Icc
Curva V - I: lineare in quanto la R = cost. e la X = cost. in quanto siamo lontani dalla
saturazione del ferro.
•
Curva P - I: parabola in quanto le P sono funzione solo di I2.
•
Curva cos - I: orizzontale per quanto detto al punto b.
Collaudo trasformatore trifase
pag. 12
VALORI FINALI
Pcu
= …….. W
si ricava dal grafico Pcc – V, alla In
Vcc
= …….. A
si ricava dal grafico Icc – V, alla In
Cosϕcc = ……..
si ricava dal grafico Cosϕcc – V, alla In
N. B. I valori sopra ricavati devono essere rielaborati e riportati dalla temperatura della
prova t = …. °C, alla temperatura convenzionale di 75 °C.
Assumere t = 40°C come temperatura degli avvolgimenti durante la prova
Valori riportati alla t = 75 °C
Pcu
= …….. W
Icc
= …….. A
Cosϕcc = ……..
RELAZIONE
1
2
3
4
(Punti 1-4 obbligatori; 5-6 facoltativi)
Titolo, Oggetto, Scopo, Elenco prove eseguite (4 prove),
Schema, Tabella, Grafici (per 4 prove)
Circuito eq. Con i valori di R”eq75°C, X”eq, Ra, Xµ
Pcc[W], Pcc%, Vcc[V], Vcc%, Cosϕcc
Pfe[W], Pfe%, Io[V], Io%, Cosϕo
Calcolati rispettivamente a tensioni e correnti nominali ed
alla temperatura di 75°C
Verificare che Pcu = 3R1 * I1n2 + 3R2 * I2n2 sia leggermente
inferiore alla Pcu = Pcc relativa alla In
R1 e R2 resistenza di fase I1 e I2 correnti nominale di fase
Relazione di gruppo
(vedi EXCEL)
Relazione individuale
Relazione individuale
Relazione individuale
Eventuali altre richieste
Tabella di simulazione del calcolo del rendimento al variare
5 del carico (0 < I2n < 1,25*I2n) e cosϕ = 1 / 0,9 / 0,8
Relazione individuale
Grafico η - I2
Tabella di simulazione del calcolo della tensione al
secondario al variare del carico (0 < I2n < 1,25*I2n)
6
Relazione individuale
e cosϕ = 1 / 0,9 / 0,8
Grafico V2 - I2
Collaudo trasformatore trifase
pag. 13
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