Raffreddamento dei trasformatori
Le perdite sono proporzionali al peso del componente.
La cessione all’ambiente del calore prodotto da tali perdite,
avviene attraverso la superficie esterna.
s
Il peso dipende da s3 e la superficie di scambio termico da
s2, quindi le perdite, al crescere delle dimensioni e quindi
del volume e della superficie esterna della macchina,
aumentano più rapidamente della superficie di scambio
termico attraverso la quale vengono dissipate.
Quindi: all’aumentare della potenza di una macchina elettrica devono essere
adottati sistemi di raffreddamento più efficaci che portino ad un maggior scambio
termico (W/cm2) sulla superficie di scambio per evitare un aumento eccessivo di
temperatura in macchina
dalla circolazione naturale a quella forzata dell’aria (raffreddamento a secco) ;
dalla circolazione naturale alla circolazione forzata dell’olio;
dalla raffreddamento naturale dell’olio con aria alla ventilazione forzata.
Sigle prevista dalle Norme CEI 76-2 per il raffreddamento dei trasformatori
codice a 4 lettere
1a lettera
2a lettera
3a lettera
Mezzo refrigerante a contatto con gli
avvolgimenti
Natura del mezzo
Tipo di circolazione
Natura del mezzo refrigerante
simbolo
Olio isolante (infiammabile)
O
Liquido isolante non infiammabile
L
Gas
G
Acqua
W
Aria
A
Tipo di circolazione
Naturale
N
Forzata non guidata
F
Forzata e guidata
D
4a lettera
Mezzo refrigerante a contatto con il
sistema esterno di raffreddamento
Natura del mezzo
Tipo di circolazione
esempi
ONAN
Trasformatore in olio con
circolazione naturale dell’olio e
dell’aria
ONAF
Trasformatore in olio con
circolazione naturale dell’olio e
forzata dell’aria
AN
Trasformatore a secco con
raffreddamento naturale dell’aria
ANAF
Trasformatore a secco con
raffreddamento naturale dell’aria
all’interno e forzata all’esterno
RAFFREDDAMENTO DEI TRASFORMATORI
IN ARIA
A seconda del tipo di circolazione dei fluidi refrigeranti, si possono avere vari modi
di raffreddamento, identificati con le seguenti sigle:
• AN (Air Natural): trasformatori a secco con circolazione naturale dell’aria,
attraverso moti convettivi naturali (l’aria più calda sale, l’aria più fredda scende);
• AF (Air Forced): la circolazione dell’aria avviene tramite ventole, che aumentano
l’efficacia del raffreddamento (in caso di guasto al sistema di raffreddamento, si ha
però un rapido surriscaldamento della macchina);
• AD (Air Drived): aria forzata e guidata anche all’interno degli avvolgimenti
I trasformatori raffreddati ad aria possono essere isolati in classi fino alla H
Sia nella ventilazione naturale che quella forzata gioca un ruolo fondamentale il
rivestimento di protezione. Nel primo caso il rivestimento è di solito chiuso ed il
calore viene interamente smaltito attraverso la superficie del rivestimento che deve
essere accuratamente scelta. Nel caso di ventilazione forzata devono essere previste
delle feritoie per l’ingresso e l’uscita dell’aria.
A secco con ventilazione naturale in aria : AN
A secco con
ventilazione
forzata.
A secco con
ventilazione
naturale.
a secco
in resina
RAFFREDDAMENTO IN OLIO
• ONAN (Oil Natural Air Natural), la circolazione dell’olio all’interno del cassone e
dell’aria all’esterno avvengono per moti convettivi naturali dei due fluidi. Occorre che
la superficie di scambio termico (superficie del cassone) sia piuttosto estesa: si ottiene
costruendo il cassone di forma ondulata o con fasci tubieri esterni per il passaggio
dell’olio;
• ONAF (Oil Natural Air Forced): la circolazione dell’aria è attivata tramite ventole.
• OFAF (Oil Forced Air Forced), la circolazione dell’olio all’interno del cassone
avviene tramite pompe, quella dell’aria all’esterno tramite ventole. All’esterno del
cassone sono presenti dei veri e propri scambiatori di calore olio-aria (per
trasformatori di elevata potenza, es. 200 MVA);
• OFWF (Oil Forced Water Forced): è il metodo di raffreddamento più energico,
utilizzato per trasformatori di elevatissima potenza. Sono presenti scambiatori olioacqua e la circolazione dei due fluidi è attivata mediante pompe. La pressione dell’olio
deve essere più elevata di quella dell’acqua, per fare in modo che, in caso di guasto,
sia l’olio a uscire e non l’acqua a entrare (basta una piccola percentuale di acqua per
comprometterne la tenuta isolante.
•ODAN: circolazione forzata dell’olio negli avvolgimenti con raffreddamento
naturale dell’olio
ELEMENTI COSTRUTTIVI
L’elemento chiave è costituito dal CASSONE che contiene l’olio
di raffreddamento che è composto dal mantello, dal fondo e dal
coperchio.
Il mantello è la sola parte attiva nel raffreddamento in quanto il
fondo contribuisce poco ed il coperchio è sede degli accessori e
dei componenti di collegamento
Il mantello è costruito in lamiera dolce (1-2 mm di spessore)
perché deve essere piegato per aumentare la superficie di
scambio termico
Il cassone deve essere dimensionato per contenere il giusto
volume di olio, deve presentare la corretta superficie nel
mantello per favorire lo scambio termico, deve essere
opportunamente distanziato dalle parti elettriche per evitare
scariche
Trasf. ONAN
Circolazione naturale dell’olio e raffreddamento ad aria a
circolazione naturale. E’ il capostipite di tutti i sistemi di
raffreddamento
Può essere dotato di alette, tubi di raffreddamento o radiatori
esterni
I moti convettivi naturali che si instaurano all’interno del
cassone portano al raffreddamento delle parti attive
La superficie di scambio termico viene aumentata con la
opportuna scelta di alette e tubi di raffreddamento
t: passo di alettatura; d o h: altezza di alettatura
a, b: gole di alettatura
I tubi di raffreddamento possono avere due configurazioni: a
tubi piegati o a tubi saldati (arpe di tubi). Possiamo scegliere
tra uno o più strati di tubi
In olio con circolazione naturale dell’olio e raffreddamento naturale in aria: ONAN
radiatori
serbatoio
olio
In olio con
circolazione
e raffreddamento
forzati dell’olio.
In olio con circolazione
e raffreddamento
forzati dell’olio mediante
aerotermi.
olio
acqua
In olio con circolazione
e raffreddamento
forzati dell’olio, con
scambiatori ad acqua.
In olio con circolazione
naturale dell’olio raffreddato
ad aria forzata: ONAF
aria
aria
olio
In olio con circolazione
forzata
e
guidata
dell’olio raffreddato ad
aria forzata: ODAF
aria
Trasformatore circolazione guidata dell’ olio e con ventilazione forzata (ODAF)
aerotermi
Scambiatore di calore olio-acqua per OFWF OFWD ODWD
olio
scambiatori di
calore
acqua
scambiatori
di calore
Fotografia all’infrarosso di un trsaformatore in servizio
(in rosso le parti a temperatura maggiore)
Schema semplificato per la demineralizzazione dell’acqua di raffreddamento
dello statore
avvolgimento
deionizzatore
refrigerante
serbatoio
polmone
pompe di
circolazione
filtro
V = portata volumetrica del fluido di raffreddamento [m3/s]
qe = temperatura in entrata [°C]
qu = temperatura in uscita [°C]
d = peso specifico del fluido di raffreddamento [kg/m3]
cp = calore specifico a pressione costante del fluido di raffreddamento [J/kg°C]
Potenza scambiata tra macchina e fluido di raff.
contenuto termico specifico Asp = d · cp
qm
qu qe
Vsp
[W]
J kg
J
kg C m3 m3 C
V
2
Portata volumetrica specifica
P dc pV q u q e
P
2 Asp qu q e
V
1
P 2 Asp qu q e
[m 3 /s]
[m3 /W s]
1
Vsp
2 Asp q
Asp
q (°C)
Vsp
aria
1150 (J/°C m3)
25
2,1 (m3/kW min)
olio
1550 (J/°C dm3)
14
2,7 (dm3/kW min)
acqua
4180 (J/°C dm3)
14
1,0 (dm3/kW min)
idrogeno
1220 (J/°C m3)
25
1,9 (m3/kW min)
Fluido
a = coefficiente di dilatazione dei gas perfetti
g = peso specifico del gas di raffreddamento
c = calore specifico a pressione costante
k = conducibilità termica del gas
h = viscosità del gas
aria
c = 1009 J/°C kg ; a = 1/293 ; g = 1,2 kg/m3
k = 0,025 W/°C m ; h = 0,185 10-4 kg/s
idrogeno
c = 14.500 J/°C kg ; a = 1/293 ; g = 0,084 kg/m3
k = 0,185 W/°C m ; h = 0,090 10-4 kg/s (W/m2)
ACCESSORI DEI TRASFORMATORI
I principali accessori dei trasformatori sono:
il conservatore dell’olio;
la valvola antiscoppio (a diaframma);
il dispositivo di protezione dell’olio dall’umidità e
dall’ossidazione;
il relé Bucholz;
la valvola di scarico rapido;
i passanti;
la valvole per il controllo dell’olio;
gli elementi per la misura della temperatura;
i variatori di rapporto a vuoto e a carico.
SERBATOI
Il serbatoio è dimensionato per contenere il 7 - 10% del volume
di olio che c’è nel cassone e nel sistema di raffreddamento
La conservazione deve
essere tale da impedire
all’olio di inumidificarsi
Nei grandi trasformatori si
introducono gas
inerti
(azoto) per realizzare dei
battenti
gassosi
di
compensazione a bassa
igroscopicità
Nei grandi trasformatori
viene anche impiegato un
sistema barometrico
SISTEMAZIONE DI ALCUNI ACCESSORI
VALVOLA A DIAFRAMMA
SACCO DI PROTEZIONE
CONSERVATORE
BUCHOLZ
Misuratore e
visualizzatore
di livello
ESSICATORI DELL’ARIA
gel di silice per deumidificare
l’aria
FUNZIONAMENTO DEL RELÈ BUCHOLZ
VALVOLA DI PRELIEVO GAS
RELÉ A GALLEGGIANTE
(ALLARME)
FLUSSO DELL’OLIO
O DEL GAS
AL CONSERVATORE
RELÉ A PALETTA
(DISTACCO)
Sistema barometrico con atmosfera inerte di azoto
cassone
azoto
filtro
aria
olio
Isolatori passanti
Sono apparecchiature che permettono ad un conduttore in tensione di attraversare una
parete, generalmente a potenziale di terra, per mettere in comunicazione due ambienti,
spesso diversi.
conduttore
in tensione
passante
isolamento
interno
isolamento esterno
(molto spesso in aria)
parete
ISOLATORI PASSANTI: CLASSIFICAZIONE
Gli isolatori usati negli apparati elettromeccanici
possono essere dei seguenti tipi:
Isolatori portanti: hanno funzioni di sostegno nelle
apparecchiature, nei quadri, nelle linee BT e talvolta MT
e nelle stazioni.
Isolatori di linea: hanno funzioni di isolamento e di
sostegno nelle linee aeree MT e AT.
Isolatori passanti: permettono ad un conduttore in
tensione di attraversare una parete mettendo in
collegamento due ambienti, spesso diversi.
Gli isolatori, a seconda dell’installazione possono
essere per esterno o per interno.
Per quanto concerne i problemi legati al progetto
dell’isolamento elettrico, tutti gli isolatori
presentano due aspetti:
isolamento superficiale per il quale vanno considerate:
la distanza di isolamento, vale a dire la distanza in
linea retta fra la parte in tensione e la terra;
la linea di fuga vale a dire la distanza misurata
considerando tutto lo sviluppo dell’alettatura fra la
parte in tensione e la terra.
isolamento di volume che presenta aspetti diversi a
seconda della morfologia dell’isolatore e di svilupperemo
alcune considerazioni per gli isolatori passanti.
Occorre infine tenere conto degli aspetti meccanici
particolarmente importanti per le linee aeree.
Passanti in porcellana per bassa e media tensione
Isolamento interno
ed
esterno
in
porcellana
Passanti per media tensione in
resina epossidica
Isolatore passante per alta tensione in
SF6
conduttore
isolamento
interno in SF6
isolamento esterno
in porcellana
Isolamento interno
ed esterno in resina
ISOLATORE PASSANTE CON SCHERMO A MASSA
Ri
Schermo
Re
r
Isolamento solido
Conduttore
In prima approssimazione (trascurando
l’effetto dei bordi) la sollecitazione
dielettrica può essere calcolata con un
campo a simmetria cilindrica
Sollecitazione dielettrica
Emax
E
V
V
r1 ln r2 r1
r2
r
r1
E(r)
materiale isolante
r1
E (r )
V
r ln r2 r1
r2
r
Sollecitazione dielettrica massima in funzione del raggio del conduttore
Tra tutti i raggi di conduttore possibili si cerca quello che minimizza il
campo elettrico.
Emax
V
f (r1 )
r1 ln r2 r1
Emm
si ha un minimo per
Emm f (r1min )
r1 r1min
r2
2,71
V
V
r1min ln 2,71 r1min
Emm
0
0
r1min
r2
r1
ISOLATORE PASSANTE CON SCHERMO E
CONDUTTORE CAVO
Ri
Schermo
Re
r
Isolamento solido
Conduttore
ISOLATORE PASSANTE CON DOPPIO SCHERMO
Schermi
Re
r
Isolamento solido
Conduttore
PASSANTE A CONDENSATORE ARIA - OLIO
LATO ARIA
ARMATURE
FLANGIA A
POTENZIALE
DI TERRA
LATO OLIO
Sollecitazione dielettrica
isolamento formato da N strati
E
un solo strato di
isolamento
• il materiale è sollecitato solo
r1
r1
r2
in prossimità del conduttore
r2
r2
V Edr
r1
• il materiale è sollecitato
in maniera più uniforme;
• la sollecitazione massima
è minore
• a parità di dimensioni è
possibile applicare
tensione maggiore
una
V>V
r1
r2
r
Schema di un passante a
condensatore
isolamento
in aria
porcellana
V
Vi
li
conduttore
ri
ri+1
isolamento
in olio
i-esimo strato
strato di materiale
conduttore
cartocci
isolanti
obbiettivo:
Vi = cost.
ri
r
Sistema isolante formato da N strati tutti
dello stesso materiale di permettività e
Ei
i-esimo strato
Vi
Q
2 e li r
ri 1
Ei (r )dr
ri
r i+1
ri
; ri r ri 1
Q
2 e li
ln
obbiettivo del dimensionamento
li
Vi
1 ri 1
ln
cost.
li
ri
V
cost.
N
ri 1
ri
1 ri 1
ln
cost.
li
ri
ri 1 ri d i
d
1 i
ri
r1
ri
1 d
ln 1 cost.
li ri
2
facendo tutti gli strati dello
stesso identico spessore d
ri 1
d
1
ri
ri
3
d d 1d 1d
ln 1
ri ri 2 ri 3 ri
poiché è ri << d
d d
ln 1
ri ri
1 d
cost.
li ri
li ri cost.
isolamento
in aria
porcellana
li ri cost.
li
conduttore
isolamento
in olio
strato di materiale
conduttore
cartocci
isolanti
ri
r
Passante per trasformatore (parte
immersa in olio)
Passanti per alta e altissima tensione
Passante per l’attraversamento di una parete 400 kV, 4000 A
isolamento esterno in porcellana - isolamento interno in carta-olio
Passanti a condensatore
isolamento esterno
in porcellana
distanza
d’isolamento in
aria
d
isolamento interno
Isolatori passanti in alta tensione
Isolatori passanti per 145 kV
Isolatori passanti per 380 kV
Isolatori passanti per altissima tensione in carta olio
d
distanza di
isolamento in aria
(isolamento esterno)
LE SOVRATENSIONI NEGLI IMPIANTI A. T.
Le sovratensioni che influenzano i trasformatori possono essere
origine esterna o interna all’impianto elettrico
Di origine esterna: Fulminazione diretta o sovratensioni indotte in
linea. Sono sostanzialmente di origine atmosferica ed hanno le
seguenti caratteristiche:
Livelli energetici e di tensione non correlati alle caratteristiche
nominali del sistema elettrico su cui incidono.
durata dei fenomeni dell’ordine delle decine di s con tempi di
salita dell’ordine dei 10 - 20 kA/s (quindi in una banda sul
MHz).
Simulazione effettuata con impulsi di tensione 1,2/50s o con
impulsi di corrente 8/20 s.
Di origine interna:
dipendono dalla morfologia dell’impianto elettrico e sono prodotte
da:
distacchi o variazioni brusche di carico;
messa in tensione di linee o trasformatori;
ferrorisonanza;
guasti a terra.
interruzione di carichi induttivi o capacitivi;
Danno luogo a fenomeni, di solito fortemente smorzati. Le onde di
tensione arrivano ai terminali del trasformatore dalla linea. Parte di
esse vengono riflesse, parte assorbite in macchina.
La maggior parte delle sovratensioni interne vengono simulate con
impulsi di tensione con durate e tempi di salita dell’ordine del migliaio
di microsecondi (bassa frequenza).
ACCORGIMENTI COSTRUTTIVI
Studio del comportamento della macchina (avvolgimenti) in
presenza di sovratensioni.
Sviluppo di tecniche progettuali per migliorare il comportamento
di componenti e sistemi in presenza di sovratensioni, e
disponibilità di componenti atte a limitarle.:
interventi progettuali e costruttivi su componenti e sistemi atti
a minimizzare il livello delle sovratensioni;
dimensionamento di componenti e sistemi in modo da
ottimizzare il loro comportamento in presenza di sovratensioni;
impiego di componenti in grado di ridurre il livello delle
sovratensioni a valori non pericolosi per i componenti del
sistema.
Uso di tecniche di verifica delle soluzioni adottate (prove ad
impulso).
SOLLECITAZIONI IN TENSIONE IN UN
TRASFORMATORE
Sollecitazioni
verso massa
BT
AT
Sollecitazioni
fra gli
avvolgimenti
Sollecitazioni
fra le spire
Il valore delle sovratensioni che incidono sui trasformatori dipende
dal coordinamento dell’isolamento del sistema e dal tipo di
protezioni impiegate.
DISTRIBUZIONE DELLE SOLLECITAZIONI IMPULSIVE
L’avvolgimento non è schematizzabile con parametri concentrati
Un tratto infinitesimo, dx, dell’avvolgimento può essere
rappresentato come:
HV
ctdx
x=0
dx x
gdx
rdx
dx
ldx
cldx
x=h
GND
Con
r
l
g
cl
ct
[/m]
[H/m]
[S/m]
[F/m]
[F/m]
resistenza longitudinale specifica
induttanza
“
“
conduttanza trasversale specifica
capacità longitudinale specifica
capacità trasversale specifica
MODELLO IN BASSA FREQUENZA: parametri concentrati
Considero r ed l; Trascuro g, ct, cl
rdx
ldx
dx
R
L
h
MODELLO IN ALTA FREQUENZA: parametri distribuiti
Considero ct, cl ; Trascuro g, r, l
ctdx
cldx
dx
Distribuzione della tensione impulsive nell’avvolgimento
ct
V0
A
cl
x
dVx
Vx
dIx
B
h
Se si considerano le frequenze in
gioco in presenza di sovratensioni
di origine atmosferica, il modello
più corretto di un avvolgimento,
in alta frequenza, è costituito da
una rete di capacità fra spire (cl) e
verso massa (ct).
Nello schema relativo ad una
singola fase, considero A e B la
entrata
e
la
uscita
dell’avvolgimento
L’impulso di tensione è in A per
t=0 e vale V0
I(x)+dI(x)
V(x)+dV(x)
ydx
Nel tratto dx ho una perdita di corrente
verso massa ed una caduta sulla impedenza
longitudinale
dV ( x) I( x) zdx
dI ( x) [V( x) dV ( x)] ydx V( x) ydx
dI(x)
zdx
dV(x)
I(x) V(x)
dV ( x)
dI ( x)
z I( x )
y V( x)
dx
dx
la cui soluzione è del tipo:
V ( x ) V0 cosh( ax ) I 0 Z senh( ax )
V0
I ( x ) senh( ax ) I 0 cosh( ax )
Z
con
z
Z
y
e a zy
Ulteriore semplificazione:
z= 1/scl ; y=sct =>
I(x)
dV(x)
dx ; dI(x) sct V(x)dx
scl
1
Z 2
s clct
ct
ed a
cl
In generale le capacità di spira sono molto minori
rispetto alle capacità distribuite verso massa
La soluzione dell’equazione differenziale assume forme
diverse a seconda delle condizioni al contorno che
riflettono il tipo di collegamento scelto per
l’avvolgimento
STELLA CON NEUTRO A TERRA
A collegato alla linea
B collegato a terra
per x = 0 V(0) = V0
per x = l V(l) = 0
V(l ) V0 cosh( al ) I 0 Z senh( al ) 0
V0 cosh( al )
I0Z
senh( al )
V0 cosh( al )
V ( x ) V0 cosh( ax )
senh( ax )
senh( al )
Dopo alcuni passaggi si ottiene:
V0 senh[a(l x)]
V( x )
senh( al )
ct
a
cl
V(x)/V0
a
1
a basso => ctbasso e/o cl elevato
distribuzione uniforme tra le spire
a elevato => ct elevato e/o cl basso
A0
distribuzione disuniforme tra le spire
prevalenza di caduta sulle prime spire
20 5
2
x
0
l B
Field
Fielddistribution
distribution
1.0
1.0
a=0
a=0
a=1
a=1
a=2
a=2
a=5
a=5
a = 20
a = 20
Ex/Eo
Ex/Eo
0.8
0.8
0.6
0.6
0.4
0.4
0.2
0.2
0.0
0.0
0.0
0.0
0.2
0.2
0.4
0.4
0.6
0.6
x/l
x/l
0.8
0.8
1.0
1.0
L’andamento della tensione
tra le spire dell’avvolgimento
è regolato da a
Per a=>0 la distribuzione
delle sollecitazioni elettriche è
lineare e si può applicare la
regola del Volt/spira
(dV(x)/dx=cost)
Se invece a è elevato, la caduta di tensione si concentra
nelle prime spire sollecitandone oltre misura
Dato che a cresce al crescere delle capacità tra le spire,
questa sollecitazione si accentua al crescere della
potenza della macchina perché aumentano le
dimensioni degli avvolgimenti
STELLA CON NEUTRO ISOLATO
A collegato alla linea
B isolato => I(l)=0
per x = 0 Vx = V0
per x = 2l Vx = V0
a
V(x)/V0
1
V0 cosh[a(l x)]
V( x )
cosh( al )
A0
x
l B
COLLEGAMENTO A TRIANGOLO
A collegato alla linea
B collegato alla linea
per x = 0 V(0) = V0
per x = l V(l) = V0
V(x)/V0
senh[a( x / l )] senh[a(l x)]
V( x) V0
senh( a )
1
a
A0
x
l B
Se non si adottano particolari accorgimenti in un
normale avvolgimento si ha:
a>5
Con opportuni accorgimenti progettuali e costruttivi
si può arrivare ad avere:
a<1
Per a > 5 il gradiente sulle prime spire si può così
esprimere:
V0
dV(x)
a
dx x 0 l
Esso è cioè a volte il gradiente corrispondente ad una
distribuzione uniforme.
E’ infine necessario precisare che Ex è la
tensione all’istante iniziale nel punto x
dell’avvolgimento.
Nel tempo tale tensione evolve per le
riflessioni che si verificano agli estremi
dell’avvolgimento.
Tali riflessioni possono portare anche a
tensioni e a gradienti fra le spire con
valori più elevati di quelli che si
verificano all’istante iniziale
TENSIONE, RIFERITA AL VALORE MASSIMO
DELLA TENSIONE DI LINEA, PER x = 80%, IN
FUNZIONE DEL TEMPO
160
160
Tensioneapplicata
applicata%
%
Tensione
140
140
120
120
100
100
80
80
60
60
40
40
40
40
35
35
30
30
25
25
20
20
15
15
10
10
55
00
00
20
20
Tem
Tempo
poaapartire
partiredall'istante
dall'istanteiniziale
inizialedell'im
dell'impulso
pulso(
(s)
s)
ACCORGIMENTI ATTI A RIDURRE a.
Il valore del parametro a è determinante per
migliorare il comportamento di un avvolgimento A.T..
Tanto più è elevato a tanto maggiore è la differenza di
potenziale sulle prime spire
Posso pensare di aumentare lo spessore dell’isolamento
di spira. La capacità tra spire è molto piccola e non
riesco ad ottenere gli effetti sperati.
Un aumento del bispessore
porta ad una riduzione di c. Si
Area deve aumentare la capacità tra
Bisp. C e
bisp spire e diminuire quella contro
massa
Nei piccoli trasformatori si rinforza l’isolamento di
spira e di bobina delle prime bobine. Non è razionale
ma si usa fare
Possono essere adottati i seguenti accorgimenti:
iniezione di corrente nelle prime spire con
accoppiamenti capacitivi con il terminale A.T.
(schermi, anelli diffusori);
aumento della differenza di potenziale fra spire
adiacenti con la realizzazione di particolari
avvolgimenti (a spire interposte, a strati).
INIEZIONE DI CORRENTE MEDIANTE
ACCOPPIAMENTI CAPACITIVI
x
c
C
B
Si colloca in testa all’avvolgimento di AT una grossa
spira cava, aperta che crei una capacità e non provochi
circolazione di corrente
Se non basta si inseriscono degli schermi anulari lungo
l’avvolgimento
Nei grandissimi trasformatori a connessione diretta in
rete e soggette a fulminazioni, si inseriscono degli
schermi parabolici che interessano tutto l’avvolgimento
Con questi accorgimenti a
viene ridotto quasi a 0
I trasformatori che
presentano a =0 sono detti
“Antirisonanti”
Per i trasformatori di piccola
potenza, si rinforza
l’isolamento delle prime 2 o 3
bobine
AVVOLGIMENTO A SPIRE INTERPOSTE
CONFRONTATO CON UNO A DISCHI
ANELLO DIFFUSORE
1 7 2 8 3 9
12 6 11 5 10 4
A DISCHI
A SPIRE INTERPOSTE
AVVOLGIMENTI A STRATI PER A. T.
V
V2
V12
x
V1
VALUTAZIONE DEL TRASFORMATORE
IN REGIME IMPULSIVO
Il valore delle sovratensioni che incidono sui
trasformatori
dipende
dal
coordinamento
dell’isolamento del sistema e dal tipo di protezioni
impiegate.
Le sovratensioni di origine atmosferica vengono
simulate con impulsi di tensione del tipo:
at
v(t) V(e
t
e )
dove
a = cost. di tempo della coda;
= cost. di tempo del fronte
IMPULSO DI TENSIONE
NORMALIZZATO
v (kV)
tf = 1,2 s; tc = 50 s
tf = 1,25 t’
vmax
0,9 Vmax
0,5 Vmax
0,1 Vmax
tf
tc
t (s)
t’
at
v(t) V(e
t
e )
IMPULSO DI TENSIONE TRONCATO
SUL FRONTE O SULLA CRESTA
v (kV)
vmax
tf
tc
t (s)
SCHEMA DI GENERATORE DI IMPULSI
vtot
Rf
Sp
P
Ra
Rc
O
A
C
vc
S
Nella figura si ha:
A = alimentatore in c.c. a tensione variabile;
Ra = resistenze di carica dei condensatori (decine di k);
Rf = resistenze di fronte (decine di );
Rc = resistenze di coda (decine di k);
C = condensatori;
P = partitore compensato resistivo-capacitivo per il
rilievo della forma d’onda della tensione.
S = shunt antinduttivo ed anticapacitivo per il rilievo
della forma d’onda della corrente;
Sp = spinterometro a sfere per la misura della tensione di
cresta.
si definisce rendimento del generatore il rapporto:
v tot
h
0,9 0,5
vc
RISULTATI DI PROVE AD IMPULSO SU
BOBINE DI TRASFORMATORI
NESSUNA SCARICA
SCARICA FRA SPIRE SCARICA VERSO TERRA
La scarica può verificarsi sul fronte, sulla cresta o
sulla coda dell’impulso.
Se la scarica avviene sul fronte il livello della
tensione di scarica dipende dalla ripidità del fronte
stesso.
Se la scarica si verifica ai capi di uno spinterometro
a sfere, si ha di norma una scarica sulla cresta
dell’impulso.
Lo spinterometro a sfere consente di misurare
l’ampiezza dell’impulso in base alla probabilità di
scarica, valutata effettuando una serie di prove
ripetute.
Si adotta come tensione di misura, il valore che
corrisponde al verificarsi del 50 % di scariche.
MISURA DELLA TENSIONE DI CRESTA DI UN
IMPULSO CON LO SPINTEROMETRO A SFERE
probabilità di
scarica
100%
50%
tensione
0%
V0
V50
V100
TENSIONE DI SCARICA SUL FRONTE
IN FUNZIONE DEL TEMPO DI SALITA
V
t
