Introduzione
I trasformatori sono utilizzati per incrementare o ridurre la tensione (noti rispettivamente come trasformatori ‘step-up’ e ‘step-down’). I trasformatori possono essere classificati in due categorie:
- Immersi in Liquido - il nucleo del trasformatore e gli avvolgimenti sono collocati all'interno di un serbatoio e immersi in un liquido isolante (solitamente olio minerale).
- A Secco - il trasformatore non ha serbatoio ed è raffreddato ad aria.
Esistono molti tipi diversi di trasformatori elettrici in uso oggi, ma tre design sono molto comuni; questi sono:
- Conservatore - il serbatoio del trasformatore è collegato a un serbatoio di espansione. I tipi conservatori sono utilizzati per elevate potenze kVA.
Trasformatore Tipo Conservatore
- Ermetico - il serbatoio del trasformatore è ermeticamente sigillato (nessuna connessione con l'atmosfera). I trasformatori ermetici sono generalmente utilizzati per applicazioni a bassa potenza kVA.
- A Secco - utilizzato per applicazioni a bassa-media potenza kVA. I trasformatori a secco sono anche scelti quando i trasformatori immersi rappresentano un rischio di incendio troppo elevato (l'olio minerale nei trasformatori immersi aumenta il carico di incendio).
Funzionamento del Trasformatore a Isolamento Liquido
Il video qui sotto è un estratto dal nostro Corso Online di Introduzione ai Trasformatori Elettrici.
Componenti e Funzioni del Trasformatore
Dettagli del Modello 3D
Questo modello 3D mostra tutti i principali componenti associati a un tipico trasformatore elettrico a isolamento liquido, tra cui:
- Cartuccia di Gel di Silice
- Respiratore
- Relè a Gas
- Cambiavoltaggio Sotto Carico (OLTC)
- Avvolgimenti
- Termometro
- Isolatori
- Indicatore Magnetico dell'Olio (MOG)
- Nucleo
- Serbatoio
- Scatola di Controllo OLTC
Annotazioni del Modello 3D
Isolatore a Bassa Tensione
Il circuito elettrico a bassa tensione esterno è collegato agli avvolgimenti del trasformatore tramite un conduttore centrale negli isolatori. Gli isolatori a bassa tensione sono più corti di quelli ad alta tensione e hanno conduttori centrali più grandi (una maggiore capacità di trasporto della corrente richiede un conduttore più spesso).
Isolatore ad Alta Tensione
Il circuito elettrico ad alta tensione è collegato agli avvolgimenti del trasformatore ad alta tensione tramite isolatori. Gli isolatori sono utilizzati per far passare i conduttori elettrici attraverso partizioni/barriere senza aumentare il potenziale elettrico della partizione/barriera. I conduttori degli isolatori sono solitamente realizzati in rame o alluminio. L'esterno dell'isolatore è solitamente realizzato in porcellana o silicone.
Indicatore di Temperatura
Un indicatore di temperatura locale indica la temperatura del liquido isolante del trasformatore. Un sensore locale viene utilizzato per trasmettere la temperatura del liquido isolante del trasformatore a una posizione remota. Gli indicatori locali dovrebbero essere abbastanza grandi da permettere una facile lettura da parte del personale, idealmente senza entrare nell'involucro del trasformatore (supponendo che il trasformatore non sia installato in una camera).
Relè a Gas
Un relè a gas protegge il trasformatore nel caso si verifichino piccoli o grandi guasti elettrici all'interno del serbatoio del trasformatore. Un relè Buchholz ha la caratteristica di sicurezza aggiuntiva di spegnere il trasformatore nel caso si verifichi un basso livello di liquido isolante.
Scambiatore di Calore / Radiatore
Quando un trasformatore è caricato elettricamente, genera più calore. I trasformatori più piccoli sono raffreddati ad aria mentre le unità più grandi sono raffreddate a liquido. Ventole e pompe possono essere utilizzate per aumentare ulteriormente la capacità di raffreddamento del radiatore del trasformatore. I trasformatori con pompe e ventole sono raffreddati forzatamente, mentre quelli senza pompe e ventole sono raffreddati naturalmente.
Serbatoio
Il serbatoio del trasformatore contiene gli avvolgimenti, il nucleo laminato e il liquido isolante. Il serbatoio è solitamente costruito in acciaio e rivestito esternamente con vernice resistente alla corrosione. I trasformatori più piccoli sono solitamente ermeticamente sigillati, ma le unità più grandi sono ‘respiranti’ (espellono e inalano aria attraverso il serbatoio del conservatore).
Indicatore Magnetico dell'Olio (MOG)
Un indicatore magnetico dell'olio (MOG) indica il livello dell'olio all'interno del serbatoio del conservatore. L'indicatore è collegato a un galleggiante all'interno del serbatoio tramite un accoppiamento magnetico, quindi non sono necessarie penetrazioni attraverso il serbatoio del conservatore.
Cambiavoltaggio
I trasformatori più piccoli non impiegano un cambiavoltaggio, o, un cambiavoltaggio fuori carico (LTC). Le unità più grandi utilizzano cambiavoltaggi sotto carico (OLTC). Il cambiavoltaggio regola la tensione secondaria di una determinata percentuale, ogni tap corrisponde a una certa % della tensione di uscita totale.
Respiratore
Un respiratore è utilizzato per consentire l'espansione e la contrazione del liquido isolante a causa della variazione di temperatura del trasformatore. Il respiratore impedisce l'ingresso di umidità e particelle nel serbatoio del conservatore; questo riduce la probabilità che il liquido isolante diventi contaminato. Il gel di silice è l'agente essiccante più comune anche se sono disponibili alternative.
Nucleo
Il nucleo del trasformatore è costituito da sottili lamine di acciaio. Ogni lamina è pressata e tenuta insieme tramite cinghie di acciaio o adesivo. La forma del nucleo è progettata per concentrare il campo magnetico al fine di massimizzare l'efficienza del trasformatore. Le lamine sono utilizzate (piuttosto che un blocco solido di metallo) per ridurre le perdite per isteresi e correnti parassite.
Avvolgimenti
Un trasformatore richiede avvolgimenti ad alta e bassa tensione per funzionare; questi avvolgimenti sono anche chiamati avvolgimenti primari e secondari. Gli avvolgimenti a bassa tensione sono avvolti attorno a ciascun ramo del nucleo, e gli avvolgimenti ad alta tensione sono avvolti attorno agli avvolgimenti a bassa tensione.
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Risorse Aggiuntive
https://en.wikipedia.org/wiki/Transformer_oil
https://electrical-engineering-portal.com/transformer-constructions
https://www.usbr.gov/tsc/techreferences/mands/mands-pdfs/Trnsfrmr.pdf