Gestione dell'aumento della corrente di spunto del trasformatore

All'inizio del 2016 sono entrati in vigore i nuovi livelli di efficienza del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) per i trasformatori di distribuzione a secco a bassa tensione. Tecnicamente noto come CFR titolo 10 Capitolo II Parte 431 (nell'Appendice A della Sottoparte K 2016), il i nuovi requisiti di efficienza sono più comunemente indicati come livelli di efficienza DOE 2016.

Per soddisfare questi nuovi livelli di efficienza, i produttori possono impiegare varie strategie di progettazione tra cui l’uso di acciaio di alta qualità, l’abbassamento del livello di induzione del nucleo e l’utilizzo di diverse costruzioni del nucleo. Tuttavia, queste modifiche progettuali possono influire anche su altre caratteristiche del trasformatore, tra cui dimensioni, costo e caratteristiche della corrente di spunto.

Sebbene le variazioni nelle dimensioni e nei costi del trasformatore siano considerazioni significative, queste informazioni possono essere facilmente ottenute dal produttore. La terza variabile sopra identificata, la corrente di spunto, può essere meno ovvia ma ugualmente importante quando si progetta un sistema con nuovi trasformatori conformi a DOE 2016.

La corrente di spunto è una considerazione importante quando si seleziona un dispositivo di protezione da sovracorrente (OCPD) per proteggere il trasformatore. Se dimensionato in modo errato, l'OCPD potrebbe funzionare durante l'avvio del sistema e impedire l'alimentazione del trasformatore.

In passato, molti ingegneri progettisti si avvalevano dell'NFPA 70: articolo 450, tabella 450.3(B) del National Electrical Code (NEC) e dimensionavano gli OCPD primari per i trasformatori a secco di distribuzione a bassa tensione a non più del 125% dei trasformatori completamente caricare l'ampere primario (FLA). Con l'OCPD primario dimensionato al 125%, il trasformatore viene alimentato con il cavo e il condotto più economici, che forniscono un'adeguata protezione da sovraccarico e cortocircuito per il cavo e il trasformatore. Inoltre, la protezione è ben al di sotto della curva di danneggiamento del trasformatore (lo standard NEMA 206 richiede che il trasformatore resista da 20 a 25 volte la corrente nominale a pieno carico per 2 secondi per i trasformatori standard di tipo a secco). L'altro fattore che consente il funzionamento di questa selezione è che le correnti di spunto del trasformatore erano in genere da 4 a 10 volte il valore FLA primario.

Tuttavia, con l'avvento della legislazione DOE del 2010, il desiderio di utilizzare trasformatori con efficienza più elevata e la maggiore applicazione del fattore K e dei trasformatori speciali, l'industria ha iniziato a sperimentare alcuni fastidiosi interventi dell'OCPD primario quando dimensionato al 125%.

E ora, con la possibilità di correnti di spunto ancora più elevate a seguito del DOE 2016, questo argomento assume ulteriore importanza. Oggi non è raro che le correnti massime teoriche di spunto dei trasformatori raggiungano da 20 a 30 volte il FLA primario dei trasformatori.

Quando questa possibilità di correnti di spunto più elevate si aggiunge alle numerose variazioni nei metodi e nei materiali di costruzione tra produttori e persino tra tipi/valori nominali di trasformatori dello stesso produttore, diventa estremamente importante per gli ingegneri verificare i valori della corrente di spunto.

Per aiutare i clienti in questa nuova sfida, alcuni produttori progettano e testano trasformatori DOE 2016 standard (o più comuni) per consentire il dimensionamento dell'OCPD primario al 125%. Tuttavia, questo potrebbe non essere il caso di tutti i produttori. Se l'OCPD primario richiede un dimensionamento superiore al 125%, il progettista può avvalersi della tabella NEC 450.3(B) (dimensionamento OCPD fino al 250%) e dell'articolo NEC 240.21 per evitare la necessità di fornire un circuito secondario OCPD al trasformatore quando si alimenta un quadro o un carico di illuminazione.

È inoltre importante notare che i valori di spunto pubblicati dal produttore sono spesso descrittivi di trasformatori alimentati dall'avvolgimento primario, ovvero gli avvolgimenti esterni di un trasformatore. Se il trasformatore viene alimentato in modo inverso ed energizzato dall'avvolgimento secondario, ovvero gli avvolgimenti interni, ci si può aspettare che i valori di spunto siano notevolmente maggiori. Per risolvere questo problema, gli ingegneri dovrebbero sempre prestare attenzione al back-feeding nelle applicazioni superiori a 75 kVA e selezionare l'OCPD più grande consentito dal codice.