Corrente di inrush del trasformatore: perché un'unità da 630 kVA può assorbire 10 kA all'accensione

Un trasformatore che fa scattare la propria protezione a monte nel momento in cui viene energizzato è quasi sempre dimensionato e cablato correttamente. Il colpevole è l'inrush di magnetizzazione – un transitorio che non ha nulla a che fare con il carico e tutto a che fare con l'istante in cui si chiude l'interruttore.

Da dove proviene l'inrush

Il flusso magnetico nel nucleo ritarda la tensione applicata di 90°. Se l'interruttore si chiude al passaggio per zero della tensione, il flusso deve partire da zero e oscillare fino a due volte il suo picco normale entro il primo mezzo ciclo. Aggiungi il flusso residuo lasciato nel nucleo dall'ultima disattivazione, e il nucleo si satura. Un nucleo saturo ha quasi nessuna induttanza, quindi l'unica cosa che limita la corrente è la resistenza degli avvolgimenti e l'impedenza della rete. Il risultato: un picco di corrente di 8 a 12 volte la corrente nominale, ricco di seconda armonica, che decresce in 0.1 a 1 s a seconda delle dimensioni del trasformatore.

Valori tipici

Potenza	Corrente nominale HV a 21 kV	Picco di inrush (≈ 10 × In, lato MV)	Tempo di decadimento
250 kVA	6.9 A	≈ 70 A	0.1 – 0.2 s
630 kVA	17.3 A	≈ 170 A	0.2 – 0.4 s
1 600 kVA	44 A	≈ 440 A	0.5 – 1 s
2 500 kVA	68.7 A	≈ 690 A	fino a 1 s

Riferito al lato LV di un'unità da 630 kVA / 0.42 kV, che è un picco di circa 8–9 kA – da qui il titolo.

Cosa lo peggiora

• Nuclei a bassa perdita. L'acciaio orientato a grano moderno opera più vicino alla saturazione, quindi i trasformatori di livello 2 hanno un inrush leggermente superiore rispetto alle unità degli anni '90 con la stessa potenza.
• Interruzione al passaggio per zero della tensione su una fase – inevitabile con un interruttore a tre poli; una fase è sempre vicina al caso peggiore.
• Flusso residuo da una precedente disattivazione sotto carico.
• Una rete MV forte (bassa impedenza di sorgente).

Impostazioni di protezione che funzionano

1. Fusibili MV: scegliere la potenza dalle tabelle dei trasformatori del produttore di fusibili, non dalla corrente nominale. Un'unità da 630 kVA / 20 kV richiede tipicamente un fusibile da 40–50 A, circa 2.5 × In, precisamente per affrontare l'inrush.
2. Relè di sovracorrente (50/51): l'elemento istantaneo sopra 12 × In o con un ritardo di tempo breve (≥ 0.1 s); l'elemento con ritardo di tempo con una curva che tollera 10 × In per 0.1 s.
3. Limitazione della seconda armonica: i relè numerici rilevano il contenuto della 2ª armonica tipico dell'inrush (> 15 %) e bloccano il distacco – abilitalo.
4. Interruzione controllata: per trasformatori commutati ripetutamente (impianti PV ogni mattina, campi di prova) un dispositivo di commutazione punto-on-wave chiude ogni polo al momento ottimale e riduce l'inrush a circa 1–2 × In.

Impianti fotovoltaici

I trasformatori PV vengono energizzati dal lato MV ogni giorno quando l'impianto si attiva – o rimangono energizzati di notte, pagando perdite a vuoto. Entrambe le strategie sono comuni. Se commuti quotidianamente, specifica l'interruzione controllata o assicurati che il relè dell'operatore utilizzi la limitazione armonica; se rimani energizzato, scegli un'unità con le perdite a vuoto più basse possibili, come le versioni PNACHO-O PV.