Nella famiglia ditrasformatori, la modalità di regolazione della tensione è un'importante dimensione di classificazione. A differenza dei commutatori sotto carico che possono commutare i commutatori in tempo reale-mentre sono sotto carico, i commutatori non eccitati richiedono prima l'interruzione dell'alimentazione per disconnettere completamente il trasformatore dalla rete prima di modificare manualmente la posizione del commutatore per regolare la tensione di uscita. Questo design apparentemente "scomodo" continua ad essere ampiamente utilizzato in milioni di scenari industriali e di distribuzione dell'energia in tutto il mondo. Quindi, che tipo di apparecchiatura è un trasformatore di regolazione della tensione non eccitato? Quali sono i vantaggi insostituibili rispetto ai commutatori sotto carico? In quali situazioni è ancora una scelta più saggia rispetto alla regolazione della tensione di carico?
Concettualmente parlando, un trasformatore di regolazione della tensione non eccitato, noto anche come trasformatore di regolazione della tensione a vuoto, si riferisce a un trasformatore che regola il rapporto di tensione azionando manualmente un commutatore per modificare le spire effettive dell'avvolgimento ad alta tensione quando il trasformatore è completamente spento e non è presente corrente di eccitazione. Il suo commutatore è solitamente impostato sul lato ad alta tensione del trasformatore, poiché la corrente sul lato ad alta tensione è piccola e la capacità dei contatti dell'interruttore e i problemi dell'arco sono relativamente facili da gestire. Durante il funzionamento, il personale di manutenzione deve prima scollegare il trasformatore dalla rete elettrica, utilizzare una chiave speciale per ruotare la leva di comando del commutatore, commutare la posizione del rubinetto sulla marcia desiderata e quindi rimetterlo in funzione. L'intero processo richiede un'interruzione di corrente, solitamente completata in un periodo che va da pochi minuti a diverse ore, compresi passaggi quali interruzione di corrente, commutazione, misurazione della resistenza CC per confermare un buon contatto e rialimentazione. Un'operazione completa di regolazione della tensione spesso richiede un intervento pianificato per l'interruzione dell'alimentazione e non può essere eseguita arbitrariamente.
Il concetto di progettazione dei trasformatori di regolazione di tensione non eccitati ruota attorno a tre parole chiave: "economia, affidabilità e semplicità". A causa dell'assenza di complessi commutatori sotto carico e relativi circuiti di transizione, camere d'olio, meccanismi elettrici e dispositivi di controllo, il costo di produzione dei trasformatori di regolazione della tensione non eccitati è significativamente inferiore a quello dei trasformatori di regolazione della tensione sotto carico della stessa capacità e livello di tensione, con un risparmio in genere dal 15% al 30% dell'investimento in apparecchiature. Strutturalmente, il commutatore di un trasformatore di regolazione della tensione non eccitato è un dispositivo meccanico relativamente semplice costituito da un contatto statico e un contatto mobile, racchiuso all'interno del serbatoio dell'olio del trasformatore, senza parti mobili immerse nell'olio che si muovono frequentemente, con conseguente tasso di guasto estremamente basso e quasi nessuna necessità di manutenzione giornaliera. Per molti scenari applicativi con carichi stabili e piccole fluttuazioni di tensione, potrebbe non essere necessario regolare la posizione della presa per diversi anni o addirittura decenni dopo la messa in funzione del trasformatore, e il costo aggiuntivo della configurazione della funzione di regolazione della tensione di carico è ovviamente uno spreco inutile. Inoltre, il volume e il peso del trasformatore di regolazione della tensione non eccitato sono leggermente inferiori a quelli di prodotti simili con regolazione della tensione di carico, rendendolo più conveniente per il trasporto e l'installazione.
Quindi, come dovremmo scegliere tra trasformatori di regolazione della tensione non eccitati e trasformatori di regolazione della tensione di carico nelle applicazioni pratiche? Ciò richiede di tornare alla differenza fondamentale tra i due - se consentire la riduzione della tensione in condizioni di carico. Il valore fondamentale dei commutatori sotto carico risiede nella loro capacità di tracciare le fluttuazioni di tensione in tempo reale-nella rete elettrica, completando la commutazione in pochi secondi senza interrompere l'alimentazione, rendendoli particolarmente adatti a situazioni con frequenti cambiamenti di tensione e requisiti elevati di continuità dell'alimentazione, come grandi hub di sottostazioni, linee di produzione industriale di precisione, data center, ecc. I trasformatori di regolazione della tensione non eccitati non possono far fronte a improvvise fluttuazioni di tensione. Una volta che la tensione di rete si discosta dal valore nominale a causa di variazioni di carico, si può solo attendere la successiva interruzione di corrente pianificata per apportare le modifiche.
Tuttavia, non tutti gli scenari di campo elettrico sono soggetti a gravi fluttuazioni di tensione. Nella sottostazione dedicata del parco industriale, un trasformatore di regolazione della tensione non eccitato fornisce energia alla linea di produzione sottostante. Se la rete elettrica del parco proviene da una sottostazione regionale di livello- superiore e la qualità della tensione è stabile, o se la linea di produzione stessa ha un'elevata tolleranza per la deviazione della tensione (come illuminazione ordinaria, apparecchiature di riscaldamento, pompe dell'acqua, ventilatori, ecc.), allora lo schema di regolazione della tensione non eccitato può soddisfare pienamente le esigenze ed è più-economico e senza preoccupazioni. Nelle reti di distribuzione rurali, i trasformatori di regolazione della tensione non eccitati sono ampiamente utilizzati come trasformatori di distribuzione montati su colonna. I commutatori di presa sono solitamente pre-impostati su tre livelli (come ± 5% della tensione nominale), che vengono regolati una o due volte l'anno in base ai cambiamenti di carico stagionali (come l'irrigazione estiva e invernale). Questo-requisito di regolazione della tensione a bassa frequenza può essere completamente soddisfatto attraverso operazioni di interruzione dell'alimentazione senza la necessità di complessi meccanismi di carico. In luoghi con requisiti speciali per la prevenzione delle esplosioni come miniere e industrie chimiche, i trasformatori di regolazione della tensione non eccitati presentano vantaggi intrinseci in termini di sicurezza dovuti alla mancanza di meccanismi di commutazione sotto carico che potrebbero generare archi all'interno.
Vale la pena ricordare che, sebbene il commutatore configurato nel trasformatore di regolazione della tensione non eccitato abbia una struttura semplice, le specifiche operative devono comunque essere seguite rigorosamente. I commutatori di presa sono generalmente dotati di pannelli indicatori di marcia chiari, con numeri di marcia comuni di 3, 5 o più, ciascuno corrispondente a un determinato intervallo di variazione di tensione (come ± 2,5%, ± 5%). L'operazione di commutazione deve essere eseguita dopo che il trasformatore è stato completamente spento e verificato che non vi sia tensione indotta, altrimenti la commutazione con carico causerà una grave erosione o addirittura l'esplosione dei contatti. Dopo la commutazione, è necessario utilizzare un tester di resistenza CC per misurare la resistenza CC in ciascuna posizione di presa, verificare che la resistenza trifase- sia bilanciata e coerente con i dati di fabbrica, quindi riavviare l'alimentazione. Sebbene questo processo aumenti il carico di lavoro delle operazioni di interruzione dell'alimentazione, è proprio grazie alla sua controllabilità e intuitività che i trasformatori di regolazione della tensione non eccitati possono ancora essere gestiti in modo affidabile in aree remote prive di personale di manutenzione professionale.
In termini di standard tecnici e accesso al mercato, i trasformatori di regolazione della tensione non eccitati seguono lo stesso sistema standard di base di altri trasformatori di potenza, come la serie IEC 60076 (standard della Commissione elettrotecnica internazionale) e i corrispondenti standard nazionali/regionali (come la serie nordamericana ANSI/IEEE C57.12). Sebbene i componenti del commutatore di presa non siano così complessi come quelli specializzati sugli standard degli interruttori di carico, devono comunque essere conformi ai requisiti della norma IEC 60214-3 (Linee guida per l'applicazione per interruttori di presa non eccitati) o clausole simili. Per le attività di esportazione, il percorso di certificazione per i trasformatori di regolazione della tensione non eccitati è esattamente lo stesso di quello per i normali trasformatori di potenza: per il mercato nordamericano è richiesta la certificazione UL/cUL, per l'Unione Europea è richiesta l'autodichiarazione CE (basata sulla direttiva sulla bassa tensione e sulla direttiva EMC) e rapporti di prova che soddisfano i requisiti di efficienza energetica ErP, per la Russia e l'Unione economica eurasiatica è richiesta la certificazione EAC e per l'Arabia Saudita è richiesta la certificazione PCoC e SCoC della piattaforma SABRE. A causa dell'assenza di componenti elettronici complessi e di meccanismi operativi frequenti, gli elementi di prova di certificazione per i trasformatori di regolazione della tensione non eccitati sono relativamente semplici, con velocità di superamento più elevate e cicli di certificazione più brevi. Questo è un vantaggio innegabile per gli ordini di commercio estero che perseguono consegne rapide e conformità stabile.
Dal punto di vista del panorama del mercato globale, i trasformatori di regolazione della tensione non eccitati non sono stati eliminati a causa della loro tecnologia "semplice". Al contrario, con il duplice vantaggio di economia e affidabilità, occupano ancora un’ampia quota del mercato dei trasformatori di distribuzione. Soprattutto nella costruzione di reti elettriche nei paesi in via di sviluppo e nelle economie emergenti, un gran numero di trasformatori di distribuzione con regolazione della tensione non eccitati vengono installati nei pali delle utenze e nelle sottostazioni di tipo box per risolvere i problemi di alimentazione di base al costo più basso. Anche nei progetti industriali nei paesi sviluppati, per utenti di linee dedicate con reti elettriche interne stabili e cambiamenti di carico graduali, i trasformatori di regolazione della tensione non eccitati sono spesso raccomandati dagli ingegneri dopo un'analisi ingegneristica del valore.
Quando i clienti chiedono informazioni sulla scelta del trasformatore, potrebbe essere utile guidarli a considerare se è necessaria la capacità di regolazione della tensione in tempo reale-in tempo reale per l'effettivo ambiente di alimentazione e le caratteristiche di carico del progetto? Se l'intervallo di fluttuazione della tensione della rete elettrica rientra nell'intervallo consentito (solitamente non superiore a ± 5%), o se l'apparecchiatura elettrica ha una certa tolleranza per la deviazione della tensione e non è previsto un aggiustamento frequente della tensione in futuro, allora un trasformatore di regolazione della tensione senza eccitazione è una scelta più economica e affidabile. Se il tuo cliente sta cercando una soluzione di distribuzione dell'energia per una comunità residenziale di nuova costruzione, una piccola fabbrica o un progetto di irrigazione agricola, ricorda: a volte, la soluzione più semplice e diretta è la soluzione migliore. Il trasformatore di regolazione della tensione non eccitato, con il suo design semplice e solido, intraprende silenziosamente una missione più ampia di quanto si immagini nel sistema energetico globale.
