{"id":10523,"date":"2026-08-29T23:43:04","date_gmt":"2026-08-29T15:43:04","guid":{"rendered":"https:\/\/q8bbzjnpm5.wpdns.site\/?p=10523"},"modified":"2026-08-29T23:43:04","modified_gmt":"2026-08-29T15:43:04","slug":"transformer-ratio-the-regulating-valve-for-stable-operation-of-power-systems","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/subian-electric.com\/it\/news\/transformer-ratio-the-regulating-valve-for-stable-operation-of-power-systems\/","title":{"rendered":"Rapporto del Trasformatore: La \u201cValvola di Regolazione\u201d per un Funzionamento Stabile dei Sistemi Elettrici"},"content":{"rendered":"

Un operatore di sottostazione ha guardato il suo contatore elettronico oggi quando \u00e8 arrivato un temporale e ha cambiato la linea di potenza a 110 kV da 108 kV a 116 kV. Nonostante ci\u00f2, il bus a 20 kV sul lato secondario ha mostrato valori tra 19,9 e 20,1 kV nello stesso momento. Lo strumento che lavora l\u00ec \u00e8 chiamato cambiavalvole sotto carico: il rapporto del trasformatore viene corretto passo dopo passo.<\/p>\n

L'articolo interpreta cosa sia il rapporto del trasformatore, come viene calcolato, quale sia la relazione tra rapporto del trasformatore<\/strong> e stabilit\u00e0 della tensione, come i cambiavalvole rendano stabile il rapporto del trasformatore in quel preciso momento e quali conseguenze si possano avere se c'\u00e8 un errore nel rapporto del trasformatore. Esempi di calcoli sono forniti nel documento insieme a riferimenti agli standard IEC 60076 e IEEE C57, intervallo tipico dei cambiavalvole, costo dei cambiavalvole e altro.<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Cos'\u00e8 il Rapporto del Trasformatore? (Definizione e Formula)<\/h2>\n

Il rapporto del trasformatore o rapporto di avvolgimento definisce il rapporto tra il numero di spire dell'avvolgimento primario e il numero di spire dell'avvolgimento secondario. \u00c8 uguale al rapporto tra tensione primaria e tensione secondaria e al rapporto inverso delle correnti primarie e secondarie nel caso teorico.
\nN1\/N2 = V1\/V2 = I2\/I1.
\nI trasformatori reali non sono ideali. Nei trasformatori reali, la reattanza di dispersione e la resistenza dell'avvolgimento danno origine a cadute di tensione rendendo la tensione effettiva inferiore alla tensione a vuoto. La differenza nella tensione in percentuale \u00e8 chiamata regolazione della tensione<\/strong> che \u00e8 intorno a 2%-6% a seconda delle caratteristiche dei trasformatori.
\nLa seguente definizione \u00e8 utilizzata in modo intercambiabile nei contratti:<\/p>\n\n\n\n\n\n\n
Terminologia del Rapporto del Trasformatore<\/caption>\n
Termine<\/th>\nSignificato<\/th>\nEsempio<\/th>\n<\/tr>\n
Rapporto di avvolgimenti<\/td>\nN1 \/ N2 (geometria pura dell'avvolgimento)<\/td>\n550 \/ 100 = 5.5<\/td>\n<\/tr>\n
Rapporto di tensione<\/td>\nV1 \/ V2 a vuoto<\/td>\n110 kV \/ 20 kV = 5,5<\/td>\n<\/tr>\n
Regolazione<\/td>\nCaduta di tensione da vuoto a carico completo<\/td>\n2.5%\u20136%<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Come Calcolare il Rapporto del Trasformatore: Esempi Lavorati<\/h2>\n

Determinare il rapporto \u00e8 facile se si conosce la tensione o il numero di spire.<\/p>\n

Ad esempio:
\nUn trasformatore di tensione 110 kV\/20 kV ha 110:20 con 2200 spire nel primario, il che significa che ci sono 400 spire nel secondario.
\nNel caso di un trasformatore ad alta tensione 18 kV \u2013 400 kV il rapporto diventa (400\/18 = 22.2).
\nUn trasformatore di distribuzione ha solitamente un rapporto di tensione di 11 kV\/0.4 kV, il che significa che il rapporto \u00e8 11\/0.4 = 27.5:1.
\nA causa della costruzione dell'auto-trasformatore che condivide una parte del sistema di avvolgimento, ha un numero inferiore di spire per lo stesso rapporto di tensione di 2:1.<\/p>\n

Nel caso di trasformatori che operano in un sistema trifase, dovrebbe essere utilizzata la tensione linea-linea mentre il gruppo vettoriale (Dyn11, YNd11) \u00e8 importante in termini di determinare la relazione dello sfasamento e il rapporto di grandezza del sistema.<\/p>\n

Perch\u00e9 il Rapporto \u00e8 la Valvola di Regolazione della Rete<\/h2>\n

Le fluttuazioni di tensione su una linea di trasmissione si verificano a causa di diversi fattori, vale a dire modifiche nel carico, guasti del generatore, perdite di potenza reattiva e distanza dalla sorgente. Senza un aggiustamento del rapporto, un alimentatore pu\u00f2 sperimentare fluttuazioni di tensione da 5% a 10% nell'arco di una singola giornata. Il rapporto del trasformatore funge da mezzo pratico per compensare i vantaggi della variabilit\u00e0 della tensione, poich\u00e9 esiste una relazione diretta tra i giri e la tensione di uscita, con eventuali cambiamenti che portano a fluttuazioni corrispondenti.
\nGli operatori di sistema devono mantenere la tensione entro i limiti legali stabiliti dalle normative, che richiedono di mantenere la tensione a \u00b1 5% nel settore della distribuzione e a \u00b1 10% nel settore della trasmissione. Il metodo pi\u00f9 ampiamente utilizzato in questo processo \u00e8 l'OLTC, che regola il rapporto del trasformatore. Infatti, l'OLTC \u00e8 cos\u00ec ampiamente utilizzato che avere un trasformatore senza OLTC necessita di una giustificazione scritta.<\/p>\n

Interruttori di prelievo: il meccanismo che regola il rapporto<\/h2>\n

Esistono due famiglie di interruttori di prelievo, e la scelta tra di essi \u00e8 principalmente una questione di ciclo di lavoro:<\/p>\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n
Cambiavalute Off-Circuit vs. On-Load<\/caption>\n
Aspetto<\/th>\nFuori circuito (DETC)<\/th>\nIn carico (OLTC)<\/th>\n<\/tr>\n
Operazione<\/td>\nSolo de-energizzato<\/td>\nSotto carico, automatizzato<\/td>\n<\/tr>\n
Gamma tipica di prelievo<\/td>\n\u00b12.5% a \u00b15%<\/td>\n\u00b110% a \u00b116%<\/td>\n<\/tr>\n
Passi<\/td>\n3\u20135<\/td>\n13\u201317 (1.25%\u20132.5% ciascuno)<\/td>\n<\/tr>\n
Capacit\u00e0 di regolazione<\/td>\nSolo stagionale<\/td>\nContinua, automatica (\u00b12% di mantenimento)<\/td>\n<\/tr>\n
Prezzo premium<\/td>\nLinea di base<\/td>\n+$15,000\u2013$60,000 a seconda della classificazione<\/td>\n<\/tr>\n
Comune su<\/td>\nTrasformatori di distribuzione<\/td>\nTrasformatori di potenza \u22655 MVA<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Mentre gli OLTC operano con corrente elettrica, utilizzano resistori o reattori e interruttori a vuoto rapidi per minimizzare l'arco elettrico sui contatti principali nel processo di commutazione da prelievi fissi. Un OLTC controllato da motore contemporaneo impiega circa 2-10 secondi per completare un ciclo. Si pu\u00f2 notare che il controllore in questo caso utilizza un feedback di tensione dal lato secondario del trasformatore.<\/p>\n

Abbinamento del rapporto per operazione parallela<\/h2>\n

Quando si utilizzano due trasformatori per alimentare lo stesso bus simultaneamente, i rapporti devono essere regolati per essere strettamente abbinati. Una differenza nei rapporti di \u0394% genera una cosiddetta corrente circolante (partecipando al circuito anche in condizione di inattivit\u00e0).<\/p>\n

Un consiglio \u00e8 assicurarsi di mantenere la corrente circolante al di sotto di 10% della capacit\u00e0 del trasformatore pi\u00f9 piccolo.
\nL'effetto di una differenza di 1% nel rapporto \u00e8 solitamente una corrente circolante di 2%-5% della capacit\u00e0 di due trasformatori con capacit\u00e0 di 20 MVA \/ 110 kV, che dipende dall'impedenza (normalmente 10%).
\nI trasformatori devono essere operati in conformit\u00e0 con alcune condizioni di base per questo, vale a dire: stesso gruppo di vettori, il rapporto deve corrispondere e l'impedenza non dovrebbe variare pi\u00f9 di 10%, se non del tutto.<\/p>\n

Per tenerne conto, gli operatori devono cambiare la posizione del tap per ciascun trasformatore per renderli uguali, e molti dei moderni AVR hanno uno schema master-follower per questo scopo.<\/p>\n

Effetti di un rapporto errato: corrente circolante e problemi di protezione<\/h2>\n

Il malfunzionamento del rel\u00e8, a causa della valutazione del rel\u00e8, pu\u00f2 portare a malfunzionamenti delle protezioni con impostazioni errate del rel\u00e8 che risultano in un'operazione del protettore senza un vero guasto o in un fallimento nel rilevare reali difetti interni a causa di errori di 2%-5%.
\nLe variazioni di tensione possono forzare la tensione lungo il torrente oltre i limiti esterni.
\nUno squilibrio nella situazione di carico implica che un'unit\u00e0 con un rapporto pi\u00f9 alto consuma una considerevole quota di potenza attiva e reattiva portando ad un'accelerazione del suo invecchiamento.
\nEcco perch\u00e9 il controllo del rapporto \u00e8 diventato uno dei passaggi della messa in servizio secondo i requisiti IEC 60076-1 che affermano che il rapporto di tensione sul tap principale deve differire di non pi\u00f9 di \u00b10.5% dal valore di progetto e ogni tap deve essere verificato rispetto ai dati della targhetta.<\/p>\n

Metodi e standard di test del rapporto<\/h2>\n

Il test standard sul campo \u00e8 il test del rapporto di avvolgimenti eseguito con un misuratore di rapporto di avvolgimenti del trasformatore (TTR):<\/p>\n\n\n\n\n\n\n
Metodi di test del rapporto<\/caption>\n
Metodo<\/th>\nPrincipio<\/th>\nPrecisione<\/th>\nUso tipico<\/th>\n<\/tr>\n
Misuratore TTR (test TTR)<\/td>\nConfronta la tensione iniettata e indotta su ciascun tap<\/td>\n\u00b10.1%<\/td>\nMessa in servizio, manutenzione di routine<\/td>\n<\/tr>\n
Controllo del rapporto di tensione a vuoto<\/td>\nApplicare tensione ridotta, misurare entrambi i lati<\/td>\n\u00b10.3%<\/td>\nVerifica in loco<\/td>\n<\/tr>\n
Rapporto di capacit\u00e0 \/ test a bassa tensione<\/td>\nRapporto equivalente tramite accoppiamento capacitivo<\/td>\n\u00b10.5%<\/td>\nTest di tipo in fabbrica<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Sia i test in fabbrica che i test in loco originano da IEC 60076-1 e IEEE C57.12.90. Il test TTR \u00e8 considerato un test diagnostico primario poich\u00e9 il movimento nel rapporto tra diversi test eseguiti sulla stessa unit\u00e0 spesso segnala un avvolgimento in corto, rendendo i test annuali del rapporto un elemento essenziale del monitoraggio.<\/p>\n

Rapporti tipici e intervalli di tap per applicazione<\/h2>\n\n\n\n\n\n\n\n\n
Rapporti tipici e intervalli di tap attraverso le applicazioni<\/caption>\n
Applicazione<\/th>\nRapporto tipico<\/th>\nIntervallo di tap<\/th>\nCambiatore di tap<\/th>\n<\/tr>\n
GSU in una centrale elettrica<\/td>\n18\/400 kV (22.2:1)<\/td>\n\u00b17.5% in 5 passi<\/td>\nOff-circuito, a volte OLTC<\/td>\n<\/tr>\n
Sottostazione di trasmissione<\/td>\n220\/110 kV (2:1)<\/td>\n\u00b116% in 17 passi<\/td>\nOLTC<\/td>\n<\/tr>\n
Sotto-trasmissione<\/td>\n110\/20 kV (5.5:1)<\/td>\n\u00b112% in 13 passi<\/td>\nOLTC<\/td>\n<\/tr>\n
Potenza industriale<\/td>\n33\/11 kV (3:1)<\/td>\n\u00b110% in 9 passi<\/td>\nOLTC o off-circuito<\/td>\n<\/tr>\n
Distribuzione<\/td>\n11\/0.4 kV (27.5:1)<\/td>\n\u00b12.5% off-circuito<\/td>\nFuori circuito<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

I trasformatori di distribuzione richiedono solo regolazioni periodiche, quindi i punti di carico in passi di \u00b12.5% e \u00b15% sono adeguati per tenere conto della variazione stagionale del carico. Al contrario, i trasformatori di trasmissione e sub-trasmissione sono configurati con OLTC perch\u00e9 grandi gruppi di clienti sono direttamente influenzati dall'azione della tensione di trasmissione su di essi.<\/p>\n

Impatto del prezzo del cambiavalute e del trasformatore<\/h2>\n

La scelta del cambiavalute \u00e8 un vero e proprio elemento di bilancio in qualsiasi budget per trasformatori. Le gamme di pianificazione:<\/p>\n\n\n\n\n\n\n
Impatto del prezzo della selezione del cambiavalute<\/caption>\n
Trasformatore<\/th>\nSenza OLTC<\/th>\nCon OLTC<\/th>\nPremium<\/th>\n<\/tr>\n
5 MVA \/ 33 kV<\/td>\n$55.000\u2013$90.000<\/td>\n$75.000\u2013$130.000<\/td>\n+$15.000\u2013$40.000<\/td>\n<\/tr>\n
20 MVA \/ 110 kV<\/td>\n$150.000\u2013$260.000<\/td>\n$175.000\u2013$320.000<\/td>\n+$20.000\u2013$60.000<\/td>\n<\/tr>\n
50 MVA \/ 110 kV<\/td>\n$360.000\u2013$700.000<\/td>\n$400.000\u2013$800.000<\/td>\n+$25.000\u2013$90.000<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

I costi variano in base al tipo di specifiche, al marchio e all'area. L'elevata spesa coinvolta nelle unit\u00e0 collegate alla rete si ripaga in breve tempo: il cambiavalute sotto carico (OLTC) pu\u00f2 recuperare rapidamente il costo perch\u00e9 mantiene la tensione regolata e diminuisce le perdite di energia nei feeder.<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Marchi e come differisce il design del rapporto<\/h2>\n

La matematica del rapporto rimane la stessa indipendentemente dall'azienda di origine \u2014 la fisica non \u00e8 negoziabile; tuttavia, i produttori si distinguono in base al tipo di design del cambiavalute, controllo, gestione della qualit\u00e0 e prezzi. I benchmark di affidabilit\u00e0 sono stabiliti dai cambiavalute MR (Maschinenfabrik Reinhausen) e ABB, mentre le aziende asiatiche utilizzano sempre pi\u00f9 design OLTC concessi in licenza o sviluppati internamente a tariffe pi\u00f9 basse.<\/p>\n\n\n\n\n\n\n\n\n
Marchi di trasformatori e capacit\u00e0 di cambiavalute<\/caption>\n
Marca<\/th>\nPaese<\/th>\nPunti di forza del cambiavalute<\/th>\nPrezzo indicativo (20 MVA\/110 kV, con OLTC)<\/th>\n<\/tr>\n
Hitachi Energy<\/td>\nSvizzera\/Giappone<\/td>\nOLTC proprietario, integrazione AVR<\/td>\n$450.000\u2013$700.000<\/td>\n<\/tr>\n
Siemens Energy<\/td>\nGermania<\/td>\nOpzioni OLTC MR, controllo digitale<\/td>\n$430.000\u2013$680.000<\/td>\n<\/tr>\n
Schneider Electric<\/td>\nFrancia<\/td>\nFocus sulla distribuzione, unit\u00e0 MV<\/td>\n$280.000\u2013$450.000<\/td>\n<\/tr>\n
TBEA<\/td>\nCina<\/td>\nOLTC interno, scala<\/td>\n$180.000\u2013$320.000<\/td>\n<\/tr>\n
Jiangsu Subian Energia Elettrica<\/td>\nCina<\/td>\nRapporti e tap personalizzati, OLTC MR o interno<\/td>\n$160.000\u2013$300.000<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Il costo \u00e8 determinato da specifiche e area. Nei progetti che richiedono specifiche di rapporto e tap personalizzati \u2013 gruppi vettoriali unici, gamme di tap speciali o marchi particolari di OLTC \u2013 Jiangsu Subian Electric Power \u00e8 un partner affidabile: produce trasformatori di distribuzione e potenza con capacit\u00e0 da 50 kva a 220 kV, fornisce preventivi per configurazioni di tap individuali e installa i cambiavalute sotto carico MR o simili richiesti. Ogni unit\u00e0 \u00e8 consegnata con registrazioni di test del rapporto su tutti i tap secondo lo standard IEC 60076-1, e i prezzi di fabbrica sono solitamente 30%-50% inferiori ai prezzi delle aziende europee.<\/p>\n

Domande frequenti<\/h2>\n

Come si calcola il rapporto del trasformatore?<\/h3>\n

Il rapporto del trasformatore \u00e8 determinato dal numero di spire nella bobina primaria diviso per il numero di spire nella bobina secondaria (N1\/N2), che \u00e8 uguale al rapporto di tensione a vuoto (V1\/V2). Ad esempio, il trasformatore applicato a 110 kV\/20 kV avr\u00e0 un rapporto di 5.5:1, mentre per il trasformatore 11 kV\/0.4 kV il rapporto \u00e8 27.5:1. A causa della relazione inversa, \u00e8 evidente che in un trasformatore elevatore (rapporto inferiore a uno; come 0.045 per il trasformatore con tensione 18\/400 kV), la tensione di uscita sar\u00e0 alta mentre la corrente di uscita sar\u00e0 bassa.<\/p>\n

Qual \u00e8 la tolleranza sul rapporto del trasformatore?<\/h3>\n

Secondo l'IEC 60076-1, il rapporto al tap principale deve essere entro \u00b10.5% del valore della targhetta, e la stessa tolleranza si applica a ogni posizione del tap a meno che non sia specificato diversamente. I misuratori TTR da campo misurano fino a \u00b10.1%, quindi una deviazione oltre 0.5% in un test di commissioning richiede un'indagine per spire cortocircuitate o una connessione errata.<\/p>\n

Perch\u00e9 i trasformatori hanno bisogno di cambiavalute per la regolazione della tensione?<\/h3>\n

A causa delle fluttuazioni della tensione di linea basate sul carico, sulla generazione e sulla distanza dalla fonte, senza la regolazione del rapporto, il feeder di distribuzione pu\u00f2 fluttuare 5%\u201310% durante il giorno. L'OLTC varia il rapporto di 1.25%\u20132.5% in passi all'interno di un intervallo di \u00b110% a \u00b116% per fornire una tensione secondaria di circa \u00b12% in modo automatico. Questo garantisce che i motori, l'elettronica e le attrezzature del cliente siano al sicuro da sovratensioni e sottotensioni.<\/p>\n

Cosa succede se due trasformatori in parallelo hanno rapporti diversi?<\/h3>\n

Una corrente elettrica circola tra le due unit\u00e0, anche quando non c'\u00e8 carico proveniente dall'esterno. In altre parole, una corrente circolante fluisce in un trasformatore anche quando \u00e8 in modalit\u00e0 standby. Prendendo il caso di unit\u00e0 da 20 MVA\/110 kV, anche una discrepanza di 1% nel rapporto causer\u00e0 una corrente circolante di circa 2%-5% della corrente nominale a pieno carico. Inoltre, se la discrepanza aumenta, la corrente circolante aumenter\u00e0 di conseguenza. L'azione degli operatori, che equalizzano il rapporto attraverso il processo di selezione dei tap, impedir\u00e0 che le correnti circolanti aumentino oltre 10% della valutazione del piccolo trasformatore.<\/p>\n

Quanto aggiunge un cambiavalute sotto carico al costo del trasformatore?<\/h3>\n

L'OLTC generalmente rende possibile aggiungere tra $15,000 e $60,000 al costo dei trasformatori di potenza con una valutazione compresa tra 5 MVA e 50 MVA, con trasformatori di potenza superiore che costano di pi\u00f9. L'investimento di solito ripaga grazie a un migliore controllo della tensione e a minori perdite di potenza, oltre all'assenza di guasti dell'attrezzatura.<\/p>\n

Riferimenti<\/h2>\n