Durante l'ispezione delle differenze tra i trasformatori americani ed europei, un acquirente industriale scoprirà che non conta solo la posizione di fabbricazione, ma anche i processi utilizzati nella specifica, nel collaudo e nella documentazione relativa a tale apparecchiatura elettrica. Prendiamo ad esempio il responsabile degli acquisti di un impianto in Texas che utilizza un appaltatore EPC con sede in Europa. L'attrezzatura offerta ha codici e specifiche diversi. La versione americana specifica IEEE C57.12.00, tipo di raffreddamento OA/FA, 12.47 kV primario, mentre l'europea offre IEC 60076, tipo di raffreddamento ONAN/ONAF, e 10 kV o 20 kV. Entrambi i modelli di trasformatore dovrebbero funzionare correttamente, ma necessitano di disposizioni ingegneristiche per rendere ciò possibile. Questo articolo presenta le differenze tra i due tipi di trasformatori in modo che possano essere effettuati confronti corretti e acquisti appropriati senza costi aggiuntivi per nuovi collaudi.
Risposta breve: i trasformatori americani ed europei differiscono nella specifica. Il riduttore di stile americano segue gli standard ANSI/IEEE (IEEE C57.12.00, C57.12.20) ed è progettato per reti che operano con una frequenza di 60 Hz, mentre le tensioni primarie possono includere 12.47 kV, 13.8 kV o 34.5 kV, con tensioni secondarie di 120/240 V, 120/208 V o 277/480 V. Il trasmettitore di stile europeo segue lo standard IEC 60076 e opera a 50 Hz con tensioni primarie di 6.6 kV, 10 kV, 11 kV, 20 kV o 33 kV e tensione secondaria di 230/400 V. Il metodo di raffreddamento del trasformatore, la sua tolleranza all'impedenza, la marcatura del gruppo vettoriale, il metodo di cambio dei punti e i documenti per i test differiscono tutti tra gli stili.
Definizioni: Cosa sono le due famiglie
I trasformatori americani operano secondo gli standard ANSI/IEEE. Questi trasformatori funzionano perfettamente su un sistema elettrico a 60 Hz. I livelli di tensione primaria utilizzati dai trasformatori americani sarebbero 7.2 kV, 12.47 kV, 13.8 kV, 24.9 kV e 34.5 kV. Inoltre, le tensioni fornite da questi trasformatori per le applicazioni degli utenti finali includono 120 volt, 240 volt, 220 volt, 277 volt e 600 volt. Le specifiche di prestazione per i trasformatori americani si basano sugli standard di progettazione IEEE C57, inclusi ma non limitati a impedenza e BIL.
I trasformatori europei, d'altra parte, sono fabbricati secondo gli standard IEC 60076. Questi trasformatori richiedono una rete di 50 Hz e vengono forniti con vari livelli di tensione, alcuni dei quali includono 6.6 kV, 10 kV, 11 kV, 20 kV, 33 kV e 35 kV. I sistemi a bassa tensione utilizzati in tali trasformatori sono principalmente 230 volt, 400 volt e 415 volt. Le specifiche per lo standard IEC sono riconosciute nella maggior parte delle parti del mondo.
Anche se ci sono differenze negli standard di progettazione applicabili, i due dispositivi funzionano sulla base degli stessi principi della fisica elettromagnetica. Ciò significa che, per quanto riguarda l'utente finale, l'applicazione di entrambi i tipi di trasformatori può richiedere un approccio diverso.
Normative di riferimento: ANSI/IEEE vs. IEC 60076
- IEEE C57.12.00 si riferisce alle specifiche generali riguardanti i trasformatori come i trasformatori di potenza e distribuzione nelle pratiche statunitensi riguardanti vari parametri dei trasformatori come la potenza, BIL, aumento di temperatura e impedenza.
- IEEE C57.12.20 e C57.12.90 si riferiscono a documenti di costruzione e collaudo che descrivono test relativi a distribuzioni come isolamento, dielettrico, rumore e altri.
- NEMA TP-1 è un documento di riferimento sull'efficienza che viene utilizzato nei calcoli di valutazione delle perdite delle utility negli Stati Uniti.
- IEC 60076-1 si riferisce ai requisiti generali dei trasformatori di potenza ed è un documento ombrello per la serie IEC 60076.
- IEC 60076-2 (aumento di temperatura), -3 (livelli di isolamento), -5 (capacità di resistenza ai cortocircuiti), -10 (livello sonoro) sono categorie IEC specifiche che specificano le diverse opzioni di collaudo.
Il manuale tecnico europeo scriverebbe “trasformatore secondo IEC 60076-1, -2, -3 e -5, gruppo vettoriale Dyn11, tipo di raffreddamento ONAN/ONAF mentre il manuale tecnico americano scriverebbe “trasformatore secondo IEEE C57.12.00, tipo di raffreddamento OA, aumento di 65 gradi centigradi, classe 12.47 kV e 95 kV BIL.”
Classi di frequenza e tensione a confronto
La frequenza è il primo fattore di divisione principale. Il Nord America, alcune parti del Sud America e alcune altre regioni utilizzano 60 Hz, mentre la maggior parte dei paesi ha una frequenza di 50 Hz. Un trasformatore è progettato e costruito considerando una certa frequenza. Un trasformatore che lavora a una frequenza per cui non è stato progettato può portare a una trasformazione che risulterebbe in una densità di flusso molto maggiore, avvicinandosi alla saturazione. Ciò avrebbe effetti avversi considerevoli, tra cui surriscaldamento, corrente di magnetizzazione e invecchiamento dell'isolamento.
Il secondo parametro che separa i due sistemi è la tensione. La rete elettrica statunitense utilizza tensioni di 12.47 kV e 24.9 kV come tensioni standard, mentre i sistemi IEC lavorano con 10 kV, 11 kV, 20 kV e 33 kV. Anche il lato a bassa tensione è diverso negli Stati Uniti (480 e 208 V) e nei sistemi IEC (400 e 415 V). Ciò significa che tutte le attrezzature descritte sono incompatibili, poiché differiscono in tensione.
| Livello di sistema | ANSI/IEEE (60 Hz) | IEC 60076 (50 Hz) |
|---|---|---|
| Servizio LV | 120/240 V, 120/208 V, 277/480 V, 600 V | 230/400 V, 415 V |
| Distribuzione primaria | 2 kV, 12.47 kV, 13.8 kV, 24.9 kV, 34.5 kV | 6 kV, 10 kV, 11 kV, 20 kV, 33 kV, 35 kV |
| Sottotrasmissione | 46 kV, 69 kV, 115 kV | 66 kV, 110 kV, 132 kV, 150 kV |
| Trasmissione | 138–500 kV | 220–765 kV |
| Base di valutazione motore/attrezzatura | 460 V, 575 V, 2300 V | 400 V, 690 V, 3.3 kV, 6.6 kV |
Notazione di raffreddamento: OA/FA vs. ONAN/ONAF
La denotazione del raffreddamento è un'area principale di errore per i principianti nelle RFQ. Negli Stati Uniti, OA (immersione in olio e auto-raffreddato), FA (raffreddamento ad aria forzata con ventilatori), FOA (raffreddamento forzato di olio e aria) e combinazioni sono termini comunemente usati. La IEC utilizza il sistema di notazione a quattro lettere: O (olio minerale), N o F (raffreddamento naturale o forzato), A o W (aria o acqua), N o F (naturale o forzato). Pertanto, ONAN è equivalente a OA e ONAF è lo stesso di FA. Prima di confrontare i costi, assicurati di convertire entrambe le offerte allo stesso sistema: un fornitore che utilizza ONAN o ONAF rispetto a un'offerta statunitense che utilizza OA causerà molta confusione tra coloro che esaminano le offerte anche quando le macchine hanno caratteristiche equivalenti.
| Significato | Notazione ANSI/IEEE | Notazione IEC |
|---|---|---|
| Immersione in olio, auto-raffreddato | OA | ONAN |
| Immersione in olio, raffreddato da ventilatore | FA | ONAF |
| Olio forzato, aria forzata | FOA | OFAF |
| Olio forzato, acqua forzata | FOW | OFWF |
| Tipo secco, aria naturale | AA | AN |
Gruppi vettoriali e spostamento di fase
Un altro aspetto in cui le due famiglie nella loro classificazione dei trasformatori differiscono è la nomenclatura del gruppo vettoriale. La IEC utilizza il sistema del numero dell'orologio, identificando il trasformatore come appartenente a un certo gruppo vettoriale che indica il tipo di connessione seguito da un numero, che indica lo spostamento di fase degli avvolgimenti in multipli di 30 gradi (ad esempio: Dyn11 significa che l'avvolgimento a bassa tensione precede l'avvolgimento ad alta tensione di 30 gradi). Il metodo più comunemente utilizzato negli Stati Uniti è quello introdotto dall'ANSI; si riferisce alla designazione angolare e all'idea di una banca di connessione (ad esempio: delta-stella con un ritardo di fase di 30 gradi). Poiché una grande proporzione (se non la maggior parte) dei trasformatori installati negli USA opera in modalità monofase, la questione dei gruppi vettoriali non è molto significativa. Tuttavia, l'utente dovrebbe assicurarsi della connessione degli avvolgimenti e dell'angolo di fase per le apparecchiature trifase indipendentemente dalla notazione in uso.
| Connessione degli avvolgimenti | Notazione IEC | Descrizione ANSI/IEEE | Dislocazione di fase |
|---|---|---|---|
| Delta HV, stella LV con neutro | Dyn11 | Delta-stella, ritardo di 30° (convenzione USA) | 330° (LV precede) |
| Delta HV, stella LV, alternato | Dyn5 | Delta-stella, 150° | 150° |
| Stella HV, delta LV | Yd11 | Stella-delta, 30° | 330° |
| Stella HV, stella LV | Yyn0 | Stella-stella, 0° | 0° |
| Delta HV, delta LV | Dd0 | Delta-delta, 0° | 0° |
Test, Targhette e Documentazione
La filosofia di test è diversa sia nell'ambito dei test che nella presentazione dei risultati. La norma IEC 60076 stabilisce test di routine (rapporto, gruppo vettoriale, resistenza, impedenza e perdita di carico, perdita a vuoto e corrente, e test dielettrici) e test di tipo (aumento di temperatura, resistenza al cortocircuito, livello sonoro), con tolleranze chiaramente specificate – ad esempio ± 10% su impedenza e tolleranze specificate per le perdite. Per quanto riguarda la pratica negli Stati Uniti, essa segue i codici di test stabiliti dall'IEEE C57.12.90 e utilizza formule di valutazione delle perdite di NEMA TP-1, dove l'utility assegna il valore in dollari per watt delle perdite a vuoto e di carico e chiede al produttore di ottimizzare di conseguenza. Inoltre, nei paesi IEC gli acquirenti si aspettano di vedere un rapporto completo sui test di tipo incluso nell'offerta tecnica, mentre le utility statunitensi richiedono ispezioni di terze parti o test di osservazione in fabbrica. Tuttavia, la documentazione non è un ornamento: serve come base per il passaggio attraverso la dogana, l'accettazione delle merci in loco e l'ottenimento dell'assicurazione.
| Test o requisito | Pratica ANSI/IEEE | Pratica IEC 60076 |
|---|---|---|
| Ambito del test di routine | Secondo IEEE C57.12.90 | Secondo IEC 60076-1 |
| Tolleranza di impedenza | ±7,5% | standard ±10% |
| Tolleranza per perdita a vuoto | Secondo formula di valutazione delle perdite | Specificato in IEC 60076-1 |
| Test di aumento di temperatura | Test di tipo, classe 65°C | Test di tipo, IEC 60076-2 |
| Resistenza al cortocircuito | IEEE C57.12.90 | IEC 60076-5 |
| Livello sonoro | Base IEEE C57.12.90 | IEC 60076-10 |
| Benchmark di efficienza | NEMA TP-1 | Valori di perdita IEC 60076-1 |
Tabella di confronto affiancato
| Aspetto | Americano (ANSI/IEEE) | Europeo (IEC 60076) |
|---|---|---|
| Frequenza nominale | 60 Hz | 50 Hz |
| Norma di riferimento | Serie IEEE C57.12, NEMA | Serie IEC 60076 |
| Primari di distribuzione comuni | 47 kV, 13.8 kV, 24.9 kV, 34.5 kV | 6 kV, 10 kV, 11 kV, 20 kV, 33 kV |
| Secondari LV comuni | 120/240 V, 120/208 V, 277/480 V, 600 V | 230/400 V, 415 V, 6.3 kV, 10.5 kV |
| Notazione di raffreddamento | OA / FA / FOA | ONAN / ONAF / OFAF |
| Tolleranza di impedenza | ±7,5% | ±10% (più stretto su richiesta) |
| Notazione del gruppo vettoriale | Convenzioni angolari ANSI | Dyn11, YNd11, ecc. |
| Classe di aumento di temperatura | 65°C avvolgimento medio | 60–65 K per classe A/F |
| Riferimento di efficienza tipica | Valutazione delle perdite NEMA TP-1 | Valori di perdita IEC 60076-1 |
Modelli di applicazione regionale
In generale, i trasformatori americani soddisfano le esigenze degli USA, Canada, Messico e alcune regioni dell'America Centrale e Meridionale, così come dei Caraibi e di altri territori con un approccio in stile USA. I trasformatori europei, d'altra parte, si rivolgono all'Europa, al Medio Oriente, all'Africa, alla maggior parte dell'Asia e a una grande parte dei progetti di energia rinnovabile a livello globale, poiché la IEC 60076 è lo standard principale per i contratti EPC internazionali. Tuttavia, ci sono eccezioni, poiché alcune aziende elettriche nella regione del Golfo richiedono unità ANSI a frequenza di 50 Hz, mentre alcuni paesi dell'America Latina mescolano metodi IEC e ANSI. Quindi, prima di fare la tua offerta, assicurati di porre tre domande: Qual è la frequenza? Quali sono le tensioni? Qual è lo standard che l'ispettore locale applicherà? Le risposte ti forniranno tutte le informazioni necessarie.
Panorama dei marchi e fasce di prezzo
| Marca | Forza della famiglia standard | Prodotto di distribuzione tipico | Fascia di prezzo indicativa (US$) |
|---|---|---|---|
| ABB | ANSI + IEC | Unità di distribuzione riempite di liquido e di tipo secco | $12.000–$60.000 |
| Siemens | IEC forte, ANSI disponibile | Trasformatori di distribuzione e industriali | $11.000–$55.000 |
| Schneider Electric | IEC forte | Unità di tipo secco e in resina colata | $8.000–$45.000 |
| Hitachi Energy | ANSI + IEC | Trasformatori di distribuzione di grado utility | $13.000–$70.000 |
| Eaton | ANSI forte | Unità di tipo secco, montate su basamento per il mercato USA | $7.000–$42.000 |
| Prolec GE | ANSI forte | Trasformatori di distribuzione per utility USA | $10.000–$55.000 |
| Jiangsu Subian Energia Elettrica | IEC primario, ANSI su richiesta | Unità immerse in olio, di tipo secco, di tipo scatola, speciali | $9.000–$40.000 |
I prezzi variano per il trasformatore di distribuzione con una potenza nominale di 1.000 a 2.500 kVA, dove ci si può aspettare variazioni a seconda della classificazione, delle perdite, della classe di tensione e dell'attrezzatura. Ci sono diversi produttori che offrono prodotti eccellenti nel contesto dei trasformatori, come ABB, Siemens, Schneider Electric, Hitachi Energy o Eaton che offrono dispositivi eccezionalmente buoni verificati da documenti di prova accettati come riferimento del settore. Jiangsu Subian Electric Power Co. Ltd è un'azienda cinese che produce trasformatori immersi in olio, di tipo secco e di tipo scatola secondo la IEC 60076 e fornisce anche progetti ANSI/IEEE per progetti a 60 Hz a prezzi accessibili per i clienti che richiedono il rispetto di tutti gli standard ingegneristici. I materiali utilizzati nella produzione includono acciaio al silicio orientato a grano e rame per l'avvolgimento, mentre tutti i tipi di test vengono eseguiti in fabbrica prima della spedizione dei trasformatori. Maggiori dettagli sono disponibili su sito web di Subian Electric.
Come scegliere la giusta famiglia standard
- Inizia con l'inizio della rete. L'amperaggio (50-60 Hz) e la potenza principale/ausiliaria in questa posizione determinano l'intervallo per 90% di argomenti.
- Indaga sui principi locali. Se il fornitore o l'ente di monitoraggio segue lo standard IEC 60076, allora acquisisci l'attrezzatura IEC, tuttavia se si basa sull'IEEE C57.12, cerca i prodotti ANSI. Non permettere che opzioni economiche influenzino le tue decisioni.
- Trasforma i dettagli delle specifiche in termini di notazione di raffreddamento, resistenza e BIL in un linguaggio unificato per confrontare le quotazioni.
- Esamina il costo totale di acquisto e installazione che copre tutte le spese: spedizione e trasporto dell'attrezzatura, fondi spesi per l'installazione.
- Assicurati che le condizioni di funzionamento parallelo siano soddisfatte. Se è importante che una nuova unità funzioni insieme a un'altra, assicurati di avere parametri di prestazione compatibili.
- Presenta i requisiti connessi ai test. Devi ricevere un rapporto di prova standard e un certificato sui test condotti da un'istituzione riconosciuta se il tuo progetto è particolarmente significativo.
- Utilizza diversi standard per l'approvvigionamento se necessario.
Domande frequenti
Può un trasformatore da 50 Hz essere utilizzato su una rete da 60 Hz?
In generale, sì; tuttavia, dovresti verificare con il produttore. A 60 Hz, la densità di flusso diminuisce di circa 17% rispetto al punto di progettazione da 50 Hz, il che comporta una diminuzione delle perdite a vuoto e della corrente di magnetizzazione. C'è solo una leggera variazione nel componente di perdita di carico e nell'impedenza; pertanto, la valutazione esatta della piastra potrebbe non essere soddisfatta a 60 Hz. Per un'installazione permanente, preferisci un dispositivo progettato per la frequenza di rete attuale, piuttosto che utilizzare uno che è in grado di operare a frequenze incrociate.
Quale standard è più comune per i progetti di esportazione internazionale?
IEC 60076 è lo standard per la maggior parte dei progetti di esportazione in Europa, Africa, Medio Oriente, Sud-est asiatico e America Latina, mentre ANSI/IEEE si applica solo a Nord America e alcune aree adiacenti. Se il tuo acquirente è un appaltatore EPC, puoi aspettarti di vedere IEC 60076-1, -2, -3 e -5 citati nella specifica.
I trasformatori americani ed europei sono fisicamente intercambiabili?
Con alcune modifiche. Le configurazioni del manicotto, la posizione dei terminali, le alette delle unità di raffreddamento, le indicazioni sulla targhetta e le connessioni del pannello a bassa tensione differiscono da un modo all'altro. Nella maggior parte dei casi, quando si colloca l'attrezzatura statunitense in una stazione IEC, l'unità deve essere adattata con barre collettori e i circuiti di protezione devono essere cablati di conseguenza.
Subian produce trasformatori secondo entrambi gli standard?
Certamente. Jiangsu Subian Electric Power utilizza IEC 60076 come suo standard e adotta pratiche ANSI/IEEE (IEEE C57.12.00, C57.12.20) per tutti i suoi lavori di progetto a 60 Hz, inclusi i classi di tensione ANSI e il tipo di raffreddamento OA/FA. L'impianto esegue test standard in conformità con il codice di prova appropriato ed è in grado di offrire esami assistiti o di terze parti di qualsiasi tipo.
Qual è la differenza di prezzo tipica tra le versioni ANSI e IEC della stessa valutazione kVA?
Anche per valutazioni identiche, la variazione di prezzo è tipicamente nell'intervallo di 5-15%, che può essere influenzata più dal design dei serbatoi, dal tipo di isolatori e dall'ambito dei test piuttosto che dallo standard stesso. Un trasformatore con valutazione di 1.000 kVA12.47 kV può quindi avere un prezzo nell'area di $12.000-28.000 con configurazione ANSI e $11.000-26.000 con configurazione IEC. Pertanto, si dovrebbe chiedere a un produttore di trasformatori sia ANSI che IEC di fornire entrambi i preventivi e confrontare le perdite e gli accessori di conseguenza.
Riferimenti
- IEEE C57.12.00 — Requisiti Generali per Trasformatori di Distribuzione, Potenza e Regolazione Immersi in Liquido — la specifica americana fondamentale per la valutazione e il collaudo.
- IEC 60076-1 — Trasformatori di potenza: Generale — lo standard ombrello della serie IEC 60076 utilizzato in tutto il mondo.
- IEC 60076-5 — Capacità di Resistere a Cortocircuiti — lo standard di verifica del cortocircuito IEC citato nelle RFQ di esportazione.
- NEMA TP-1 — Guida per la determinazione dell'efficienza energetica per i trasformatori di distribuzione — il benchmark di efficienza degli Stati Uniti per la valutazione delle perdite.
- IEEE C57.12.20 — Standard per trasformatori di distribuzione aerei e montati su basamento — lo standard di costruzione per le unità di distribuzione americane più comuni.
- IEC 60076-10 — Determinazione dei livelli sonori — lo standard di prova IEC per il rumore dei trasformatori, rilevante per l'ubicazione urbana e industriale.
Conclusione
I trasformatori negli Stati Uniti e in Europa sono prodotti secondo vari principi, il che significa che ci saranno notevoli differenze tra di essi, come frequenza, tensione, sistema di raffreddamento, gruppi vettoriali e metodo di prova. Il modo migliore per effettuare l'acquisto corretto è prima determinare i parametri della rete elettrica (ad esempio, frequenza e tensioni di ingresso/uscita, e standard secondo cui l'unità è prodotta) e poi convertire le offerte dei produttori in un formato unico, confrontando i costi totali e le perdite delle unità invece dei loro prezzi da soli. Condividi i dati del tuo sistema con Subian attraverso il sito ufficiale per ricevere un preventivo corrispondente alle specifiche nella famiglia standard di cui il tuo progetto ha effettivamente bisogno.