Advanced power transformer circuital physical models for current transients analysis

The aim of this thesis is to propose advanced power transformer circuital physical models for low-frequency current transients analysis, taking into account the possible heavy saturation effect of the iron-core. During this type of transient, the magnetic circuit may be in a state of heavy saturation and the consequential value of current may be of the same order of short-circuit ones. This high inrush current implies negative consequences on the electric power system connected with the transformer, resulting in voltage dips and tripping of differential current relays, both leading the reduction of power quality, but also into electromagnetic stresses on transformers. For these reasons, a topological correct transformer model, which takes into consideration also the hysteresis, should be implemented. Thanks to the capacity of modern computers and the availability of software like EMTP - ATP and MATLAB, these complex calculations, involving a lot of non-linear components, are facilitated.

Questa tesi si propone di determinare circuiti equivalenti avanzati di trasformatori di potenza che tengano conto anche del fenomeno della possibile saturazione del nucleo ferromagnetico di tale macchina per l’analisi di transitori di corrente in bassa frequenza. Infatti, durante questa tipologia di transitori, il circuito magnetico potrebbe trovarsi in condizioni di saturazione assai spinta e, conseguentemente, le correnti d’inserzione potrebbero assumere valori dello stesso ordine quelle di corto circuito. Tali valori elevati di corrente potrebbero avere ripercussioni negative sia nel sistema elettrico connesso al trasformatore, quali cadute di tensioni eccessive e lo scatto delle protezioni differenziali, riducendo entrambi la power quality di rete, sia nella macchina stessa, come ingenti sforzi elettromagnetici sugli avvolgimenti. Per questi motivi, è necessario determinare un modello topologicamente corretto di tale macchina che tenga conto anche del fenomeno dell’isteresi magnetica. Grazie all’ausilio di simulatori e software come EMTP - ATP e MATLAB, complesse simulazioni di circuiti elettrici contenenti anche elementi non lineari sono facilitate.