Resistenza al cortocircuito: cosa succede all'interno di un trasformatore durante un guasto di 2 secondi

Un cortocircuito sulla barra di distribuzione a bassa tensione è l'evento più violento che un trasformatore di distribuzione possa mai sperimentare. Per una frazione di secondo prima che la protezione elimini il guasto, gli avvolgimenti trasportano correnti di 20-25 volte il loro valore nominale e vengono spinti aparti da forze di diverse tonnellate. La IEC 60076-5 richiede che il trasformatore sopravviva a questo – e definisce come viene dimostrata questa capacità.

La corrente

La corrente di cortocircuito simmetrica è determinata dall'impedenza del trasformatore stesso (per una rete infinitamente forte): I_sc = I_n / u_k. Per u_k = 4 % è 25 × I_n; per 6 % è 16.7 × I_n. Il primo picco, con pieno offset DC, raggiunge circa 2.5 volte il valore RMS simmetrico – per un'unità da 630 kVA / 0.42 kV ciò corrisponde a un picco di circa 55 kA sul lato LV.

Due tipi di stress

	Resistenza termica	Resistenza dinamica
Causa	Riscaldamento I²R dei conduttori	Forze elettromagnetiche tra gli avvolgimenti
Durata nello standard	2 s (Categoria I–II, ≤ 2 500 kVA)	Primo picco, poi decrescente
Limite	Temperatura degli avvolgimenti ≤ 250 °C (Cu) / 200 °C (Al) dopo 2 s	Nessuna deformazione permanente; variazione di reattanza < 2 % (olio) dopo il test
Verifica	Calcolo secondo IEC 60076-5	Calcolo o test in un laboratorio ad alta potenza

Dove vanno le forze

Il flusso di dispersione tra gli avvolgimenti HV e LV concentrici produce una forza radiale che cerca di espellere l'avvolgimento esterno verso l'esterno e schiacciare l'avvolgimento interno verso l'interno, e una forza assiale che comprime gli avvolgimenti verso il loro centro. Le forze assiali sono quelle pericolose: qualsiasi asimmetria tra gli avvolgimenti – un avvolgimento di derivazione a un'estremità, ritiro irregolare dell'isolamento – produce una forza netta che può spostare l'intera bobina. I produttori controllano questo con una geometria di avvolgimento precisa, serraggio assiale sotto pressione definita e asciugatura sotto vuoto prima dell'impregnazione.

Come viene dimostrata la resistenza

1. Calcolo: La IEC 60076-5 consente la dimostrazione tramite calcolo, a condizione che il metodo del produttore sia stato convalidato da test su progetti comparabili.
2. Test di tipo in un laboratorio indipendente: il trasformatore è sottoposto a una serie di cortocircuiti (tre per fase, ciascuno di 0.5 s) a corrente asimmetrica completa; successivamente la reattanza non deve essere cambiata di più del valore consentito e i test di routine vengono ripetuti. Laboratori come KEMA, CESI o LTC eseguono questi test.

Poiché un test non distrugge nulla ma prova tutto, di solito viene eseguito su un'unità rappresentativa di una famiglia di design. Chiedi al fornitore a quale famiglia appartiene la tua classificazione e se esiste un certificato di test per essa.

Caratteristiche di design che contano

• Avvolgimenti LV a lamina (comuni in PNACHO-D e in unità ad olio fino a ~1 000 kVA): la forza assiale è distribuita uniformemente lungo l'intera lamina – intrinsecamente robusta.
• Serraggio assiale rigido con isolamento pressato e elementi a molla.
• Posizionamento simmetrico dell'avvolgimento di derivazione.
• Bobine rotonde, autoportanti piuttosto che rettangolari.

I trasformatori PNACHO sono progettati per la categoria di cortocircuito I della IEC 60076-5 (≤ 2 500 kVA) con una resistenza termica di 2 secondi; i valori di impedenza sulle pagine prodotto PNACHO-O e PNACHO-D ti permettono di calcolare la corrente di guasto per il tuo design di quadri elettrici.