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Cabine MT/bt - Trasformatori
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Il trasformatore è una macchina elettrica statica che per induzione elettromagnetica permette il trasferimento di energia, solitamente con trasformazione dei valori di tensione e corrente, fra due circuiti elettricamente separati. Fondamentalmente è costituito da due o più avvolgimenti e da un nucleo in acciaio che ha il compito di migliorare l'accoppiamento magnetico tra gli avvolgimenti stessi. L'avvolgimento che riceve l'energia elettrica che deve essere trasformata viene detto primario mentre quello che la eroga viene detto secondario. Alimentando quindi il primario con una tensione alternata, nel nucleo si genera un flusso magnetico alternato che si concatena con il circuito secondario inducendovi una f.e.m. Agendo opportunamente sul numero di spire dell'avvolgimento primario e secondario è possibile modificare il valore del rapporto tra la tensione di alimentazione del primario e la tensione indotta sul secondario. Il trasformatore può essere monofase (fig. 1) oppure, connettendo opportunamente tre avvolgimenti monofasi primari e tre secondari, alloggiati sulle colonne di un unico nucleo magnetico, si può realizzare direttamente un sistema di trasformazione trifase.

Fig. 1 Schematizzazione del principio di funzionamento di un trasformatore monofase

Il trasformatore trifase è una delle parti fondamentali delle cabine di trasformazione degli impianti utilizzatori alimentati in media tensione. Deve presentare basse perdite, limitate correnti a vuoto, ridotte vibrazioni e basso livello di rumore. Può avere il nucleo magnetico e gli avvolgimenti immersi in un liquido isolante (trasformatori in olio) oppure in aria o inglobati in resina (trasformatori a secco). Sebbene materiali e tecniche costruttive possano in parte essere diverse, un buon trasformatore ha il nucleo magnetico costituito da un pacco di lamierini in acciaio, a bassa cifra di perdita, laminati a freddo arricchiti da cristalli di silicio a grani orientati. I lamierini sono fra di loro separati da un sottile strato di vernice isolante costituito generalmente da carlyte, un rivestimento inorganico ottenuto tramite un particolare procedimento termochimico, che ha la proprietà di resistere alle temperature che si raggiungono in fase di ricottura e di consentire inoltre un buon stipamento dei lamierini. Per sfruttare appieno le peculiarità magnetiche dei lamierini, la giunzione fra i lamierini è normalmente a giunti intercalati tra le colonne e i gioghi con taglio a 45°. Per migliorare il coefficiente di riempimento la sezione delle colonne e dei gioghi sono in genere a gradini variabili. Un adeguato serraggio, realizzato tramite nastrature e appositi profilati legati tra loro con adeguati tiranti in acciaio, fornisce la necessaria compattezza alle colonne e ai gioghi.

Classificazione e identificazione dei trasformatori

I trasformatori si classificano principalmente in relazione al numero delle fasi (monofasi o trifasi), al tipo di impiego (di misura, per l'alimentazione dei circuiti, di potenza, ecc..) e al tipo di raffreddamento. In particolare i trasformatori trifase possono essere a secco o in olio, con raffreddamento naturale o artificiale (tab. 1)


Tipo

Raffreddamento

Limiti di potenza nominale

Immersi in liquido isolante

(olio minerale o siliconico)

Parti attive immerse liquido isolante. Il calore prodotto dalle parti attive è trasmesso all'o­lio e da questo ai sistemi di dispersione del calore stesso.

Naturale

favorito dai moti convettivi dell'aria riscaldata dal calore prodotto dalla macchina.

- a cassa liscia

- con radiatori

- da circa 20 a 2000 kVA

Artificiale

- con aria mossa da ventilatori;

- ad acqua con scambiatori di calore all'esterno della cassa

- adottato fino alle massime potenze.

A secco

(in aria o in resina)

Parti attive non immerse in liquido isolante. Il calore è asportato tramite circolazione dell'aria.

Naturale

favorito dai moti convettivi dell'aria riscaldata dal calore prodotto dalla macchina.

- trasformatori in aria fino a circa 1000 kVA

- trasformatori in resina fino a circa 3000 kVA.

Forzata

tramite ventilatore che muove forzatamente la circolazione l'aria.

I trasformatori in olio contenenti una quantità d'olio superiore ai 500 chilogrammi devono essere provvisti di sistemi di raccolta per evitare eventuali contaminazioni ambientali (CEI 11-1).

Tab. 1 - Classificazione dei trasformatori in base al sistema di raffreddamento

I trasformatori in olio e i trasformatori a secco muniti di involucro sono individuati mediante una sigla composta da quattro lettere (tab. 2). La prima lettera identifica il liquido refrigerante a contatto con gli avvolgimenti, la seconda lettera il tipo di circolazione dell'olio, la terza lettera il mezzo refrigerante esterno, la quarta lettera il tipo di circolazione del mezzo refrigerante esterno. I trasformatori a secco privi di involucro sono invece identificati con due lettere, la prima identifica il mezzo refrigerante a contatto con gli avvolgimenti e la seconda il modo di circolazione del mezzo refrigerante.

Mezzo refrigerante

a contatto con gli avvolgimenti

esterno all'involucro

refrigerante

circolazione

Mezzo refrigerante

Tipo di circolazione

Simbolo

O

Olio minerale o liquido isolante sintetico con punto di infiammabilità minore o uguale a 300 °C

N

Naturale

A

Aria

N

Naturale

K

Liquido isolante con punto di infiammabilità maggiore di 300 °C

F

Forzata

W

Acqua

F

Forzata

L

Liquido isolante con punto di infiammabilità

non misurabile

D

Forzata e guidata

Esempio

O

N

A

F

Trasformatore con isolamento in olio, raffreddato internamente dall'olio per circolazione naturale ed esternamente per mezzo di aria forzata

Tab. 2 Simboli di identificazione del tipo di raffreddamento dei trasformatori (CEI 14/4-2)

Simbolo

Descrizione

AN (AF)

Raffreddamento in aria a circolazione naturale (o forzata)

ONAN

Raffreddamento per circolazione naturale dell'olio e dell'aria

ONAF

Raffreddamento per circolazione naturale dell'olio e aria forzata

OFAN

Raffreddamento per circolazione forzata dell'olio e raffreddamento naturale dell'aria

OFAF

Raffreddamento per circolazione forzata dell'olio e aria forzata

ODAF

Raffreddamento per circolazione forzata e guidata dell'olio e raffreddamento per circolazione forzata dell'aria

Le due prime lettere indicano il mezzo di raffreddamento interno in contat­to con gli avvolgimenti e il tipo di circolazione, mentre le altre due lettere indicano il mezzo di raffreddamento e il tipo di circolazione sull'involucro esterno.

Tab. 3 - Principali tipi di raffreddamento per trasformatori

 

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