Come funzionano il conduttore primario, il trasformatore di distribuzione, i fusibili e il servizio nelle reti radiali

Prevenire un'interruzione del servizio

Come è noto, i trasformatori di distribuzione riducono la tensione di distribuzione o del ramo primario alla tensione di utilizzo. Sono collegati al ramo primario, ai sottorami e ai laterali tramite fusibili primari o interruttori fuso. Quando si verifica un guasto del trasformatore o un guasto a bassa impedenza nel circuito secondario, il fusibile primario disconnette il trasformatore di distribuzione associato dal ramo primario. I riaccomodatori non sono trattati in questo articolo.

Il fusibile primario che si fonde preclude un'interruzione del servizio ad altri carichi alimentati attraverso il ramo, ma interrompe il servizio a tutti i consumatori forniti attraverso il suo trasformatore.

Gli interruttori fuso (come mostrato nella Figura 1, normalmente chiusi) forniscono un mezzo conveniente per disconnettere piccoli trasformatori di distribuzione per ispezione e manutenzione.

A causa della differenza nella forma della curva corrente-tempo del fusibile primario e della curva corrente-tempo sicura del trasformatore di distribuzione, una protezione adeguata contro il sovraccarico per il trasformatore di distribuzione non può essere ottenuta con un fusibile primario. Le forme di queste due curve sono tali che se viene utilizzato un fusibile abbastanza piccolo per fornire una protezione completa contro il sovraccarico del trasformatore, una grande parte della preziosa capacità di sovraccarico del trasformatore andrà perduta, poiché il fusibile si fonderà impedendo al trasformatore di utilizzare la sua capacità di sovraccarico. Inoltre, un fusibile così piccolo spesso si fonde inutilmente a causa delle correnti di impulso.

I trasformatori di distribuzione collegati a cavi aerei scoperti sono spesso soggetti a gravi disturbi dovuti a fulmini. Per minimizzare il cedimento dell'isolamento e i guasti dei trasformatori causati dai fulmini, generalmente vengono installati parafulmini per questi trasformatori.

I conduttori secondari di un trasformatore di distribuzione sono tipicamente solidamente collegati a circuiti secondari radiali. Come illustrato nella Figura 1, i servizi ai consumatori sono presi da questi circuiti. Questa configurazione di connessione implica che il trasformatore manchi di protezione contro sovraccarichi e guasti ad alta impedenza nei suoi circuiti secondari. In effetti, relativamente pochi trasformatori di distribuzione vengono danneggiati da sovraccarichi.

Questa situazione deriva principalmente dall'applicazione dei trasformatori di distribuzione, dove la loro capacità di sovraccarico è raramente pienamente utilizzata.

Per quanto riguarda la protezione, i fusibili nei conduttori secondari dei trasformatori di distribuzione sono scarsamente più efficaci dei fusibili primari per prevenire i bruciori dei trasformatori, e per ragioni simili. L'approccio appropriato per proteggere efficacemente un trasformatore di distribuzione contro sovraccarichi e guasti ad alta impedenza è l'installazione di un interruttore automatico nei conduttori secondari del trasformatore. È cruciale che la curva di sgancio di questo interruttore sia precisamente coordinata con la curva corrente-tempo sicura del trasformatore.

I guasti nella connessione del servizio del consumatore, che va dal circuito secondario all'interruttore del servizio, sono estremamente rari. Pertanto, l'installazione di un fusibile secondario nel punto in cui la connessione del servizio si collega al circuito secondario non è economicamente vantaggioso, eccetto in circostanze speciali come servizi su larga scala da circuiti secondari sotterranei.

Come precedentemente menzionato, la caduta di tensione ammissibile, misurata dal punto in cui il primo trasformatore di distribuzione si collega al ramo primario fino all'interruttore del servizio dell'ultimo consumatore sul ramo, dovrebbe essere allocata economicamente tra il ramo primario, il trasformatore di distribuzione, il circuito secondario e la connessione del servizio del consumatore.

Sebbene questi valori siano tipici per i sistemi aerei che forniscono carichi residenziali, si possono aspettare significative differenze nei sistemi sotterranei. I sistemi sotterranei spesso utilizzano circuiti a cavo e trasformatori di distribuzione su larga scala o sono progettati per fornire carichi industriali e commerciali.

Una volta determinata la caduta di tensione totale ammissibile per il trasformatore di distribuzione e il circuito secondario, è relativamente facile stabilire la combinazione più economica delle loro dimensioni per qualsiasi densità di carico uniforme e tipo di costruzione, date le specifiche quotazioni di mercato.

Se il trasformatore è sovradimensionato, il costo del circuito secondario e il costo complessivo saranno esorbitanti. Viceversa, se il trasformatore è sottodimensionato, il costo del trasformatore stesso e il costo complessivo saranno troppo alti.

Similmente ad altri componenti all'interno del sistema di distribuzione, le fluttuazioni e la crescita del carico devono essere prese in considerazione nella progettazione e nella dimensione dei trasformatori di distribuzione e dei circuiti secondari. Questi elementi non vengono installati solo per accogliere i carichi esistenti al momento dell'installazione, ma devono anche tenere conto delle future richieste di carico.

Tuttavia, non è economicamente conveniente anticipare eccessivamente la crescita.

Quando un trasformatore di distribuzione è pericolosamente sovraccarico, questa azione allevia anche il carico sul circuito secondario del trasformatore sovraccarico e migliora la regolazione complessiva della tensione. In aree con carichi relativamente uniformi, potrebbero essere necessarie ulteriori installazioni di trasformatori su entrambi i lati del trasformatore sovraccarico in un breve periodo. Questo è necessario per mantenere livelli di tensione accettabili e prevenire che alcuna parte del circuito secondario sia sovraccarica.

Tuttavia, un approccio alternativo per ottenere lo stesso risultato è l'installazione di un nuovo trasformatore e il trasferimento del trasformatore sovraccarico in modo che fornisca energia alla sezione centrale del suo circuito secondario abbreviato.

Se il trasformatore è sovradimensionato, il costo del circuito secondario e il costo complessivo saranno esorbitanti. Viceversa, se il trasformatore è sottodimensionato, il costo del trasformatore stesso e il costo complessivo saranno troppo alti.