Trasformatori di potenza 101: Corrente d'ingresso, regolazione della tensione e altro ancora

Quali sono i tipi di trasformatori di potenza e quali sono i loro componenti principali?

I trasformatori di potenza sono disponibili in vari tipi per soddisfare le esigenze evolutive dei sistemi di potenza. Possono essere classificati come monofase o trifase in base alla configurazione di fase; tipo nucleo o tipo guscio secondo la disposizione relativa degli avvolgimenti e del nucleo; e a secco, raffreddati ad aria, con circolazione forzata d'olio raffreddato ad aria, o raffreddati ad acqua in base ai metodi di raffreddamento. In termini di isolamento del punto neutro, i trasformatori sono categorizzati come completamente isolati o parzialmente isolati. Inoltre, le classi di isolamento degli avvolgimenti sono designate come A, E, B, F e H in base al tipo di materiale. Ogni tipo di trasformatore ha specifiche esigenze operative. I componenti principali di un trasformatore di potenza includono il nucleo, gli avvolgimenti, i candelotti, la vasca dell'olio, il serbatoio (cuscino d'olio), il radiatore e gli accessori associati.

Cosa è la corrente di innesco nei trasformatori e cosa la causa?

La corrente di innesco si riferisce alla corrente transitoria che scorre negli avvolgimenti del trasformatore quando viene inizialmente applicata la tensione. Si verifica quando il flusso magnetico residuo nel nucleo si allinea con il flusso magnetico prodotto dalla tensione applicata, causando un flusso totale che supera il livello di saturazione del nucleo. Questo porta a una grande corrente di innesco, che può raggiungere 6-8 volte la corrente nominale. L'entità della corrente di innesco dipende da fattori come l'angolo di fase della tensione al momento dell'alimentazione, la quantità di flusso residuo nel nucleo e l'impedenza del sistema sorgente. La corrente di innesco di picco si verifica tipicamente quando la tensione è al passaggio allo zero (corrispondente al flusso di picco). La corrente di innesco contiene componenti continua e armoniche superiori e decade nel tempo a causa della resistenza e reattività del circuito, generalmente entro 5-10 secondi per i trasformatori grandi e circa 0,2 secondi per le unità più piccole.

Quali sono i metodi di regolazione della tensione nei trasformatori?

Ci sono due metodi principali di regolazione della tensione: regolazione a carico (OLTC) e regolazione a vuoto (DETC).La regolazione a carico consente di regolare la posizione del tappo mentre il trasformatore è alimentato e in funzione, permettendo un controllo continuo della tensione modificando il rapporto di spire. Configurazioni comuni includono il tappo a fine linea e il tappo al punto neutro. Il tappo al punto neutro offre requisiti di isolamento ridotti ma richiede che il punto neutro sia solidamente collegato a terra durante l'operazione.
La regolazione a vuoto prevede la modifica della posizione del tappo solo quando il trasformatore non è alimentato o durante la manutenzione.

Cosa è un trasformatore completamente isolato e cosa è un trasformatore parzialmente isolato?

Un trasformatore completamente isolato (anche noto come uniformemente isolato) presenta livelli di isolamento costanti in tutto l'avvolgimento. Al contrario, un trasformatore parzialmente isolato (o isolamento graduato) presenta livelli di isolamento ridotti vicino al punto neutro rispetto alle estremità di linea.

Qual è la differenza nei principi operativi tra i trasformatori di tensione e i trasformatori di corrente?

I trasformatori di tensione (VT) vengono utilizzati principalmente per la misurazione della tensione, mentre i trasformatori di corrente (CT) vengono utilizzati per la misurazione della corrente. Le principali differenze operative includono:

• Il lato secondario di un CT non deve mai essere aperto ma può essere cortocircuitato. Al contrario, il lato secondario di un VT non deve mai essere cortocircuitato ma può essere aperto.

• Un VT ha un'impedenza primaria molto bassa rispetto al suo carico secondario, comportandosi come una sorgente di tensione. Al contrario, un CT ha un'impedenza primaria elevata e funge da sorgente di corrente con resistenza interna effettivamente infinita.

• In condizioni normali di funzionamento, un VT opera con una densità di flusso magnetico vicina alla saturazione, che può diminuire durante i guasti del sistema a causa della caduta di tensione. Un CT, invece, opera a bassa densità di flusso magnetico in condizioni normali. Durante i cortocircuiti, l'aumento della corrente primaria può portare il nucleo in profonda saturazione, aumentando gli errori di misurazione. Pertanto, si consiglia di selezionare CT con alta resistenza alla saturazione.