Prove a Circuito Aperto e in Cortocircuito dei Trasformatori: Scopo e Procedura

Queste due prove a carico nullo/carico determinano i parametri del circuito equivalente di un trasformatore: perdite nel nucleo, impedenza di magnetizzazione, perdite nel rame e impedenza di dispersione.

Prova a Circuito Aperto (Prova a Carico Nullo)

Scopo: Misurare le perdite nel nucleo (ferro) (P_core = isteresi + correnti parassite) e il ramo di magnetizzazione (R_c, X_m).

• Schema: Avvolgimento BT alimentato a tensione nominale (o 10% per sicurezza su grandi unità). Avvolgimento AT aperto.
• Misurazioni: V₁, I₀, P₀ (wattmetro).
• Calcoli:
  • P_core = P₀ (perdita rame in BT trascurabile a I₀ ≈ 2–5% FL).
  • PF₀ = P₀ / (V₁I₀)
  • I_c = I₀ cos φ₀ (componente perdita nucleo)
  • I_m = I₀ sin φ₀ (componente magnetizzante)
  • R_c = V₁ / I_c, X_m = V₁ / I_m

Prova in Cortocircuito (Prova di Impedenza)

Scopo: Misurare le perdite nel rame (avvolgimenti) a corrente di carico pieno e l'impedenza di dispersione equivalente (R_eq, X_eq) riferita a un lato.

• Schema: Avvolgimento AT alimentato a bassa tensione (2–10% nominale) per far circolare corrente nominale. Avvolgimento BT in cortocircuito (shunt amperometro).
• Misurazioni: V_sc, I_sc (= I_nominale), P_sc.
• Calcoli:
  • P_cu,FL = P_sc (perdita nucleo trascurabile a basso flusso).
  • Z_eq = V_sc / I_sc
  • R_eq = P_sc / I_sc²
  • X_eq = √(Z_eq² − R_eq²)
  • %Z = (V_sc / V_nominale) × 100

Perché Sono Importanti

• Efficienza: η = Uscita / (Uscita + P_core + P_cu) a qualsiasi carico.
• Regolazione di Tensione: %Reg = (I_FL/V_nominale)(R_eq cos φ + X_eq sin φ) × 100.
• Coordinamento Protezioni: %Z determina la corrente di guasto per il dimensionamento interruttori.
• Funzionamento in Parallelo: I trasformatori necessitano %Z e rapporto R/X abbinati per la condivisione del carico.

Norme

IEEE C57.12.90 / IEC 60076-1 definiscono procedure di prova, tolleranze e correzione temperatura (riferimento 75°C o 85°C).