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Le perdite sono proporzionali al peso del componente. La cessione allambiente del calore prodotto da tali perdite, avviene attraverso la superficie esterna.

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1 Le perdite sono proporzionali al peso del componente. La cessione allambiente del calore prodotto da tali perdite, avviene attraverso la superficie esterna. Il peso dipende da s 3 e la superficie di scambio termico da s 2, 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. s Raffreddamento dei trasformatori Quindi: allaumentare della potenza di una macchina elettrica devono essere adottati sistemi di raffreddamento più efficaci che portino ad un maggior scambio termico (W/cm 2 ) sulla superficie di scambio per evitare un aumento eccessivo di temperatura in macchina tdalla circolazione naturale a quella forzata dellaria (raffreddamento a secco) ; tdalla circolazione naturale alla circolazione forzata dellolio; tdalla raffreddamento naturale dellolio con aria alla ventilazione forzata.

2 Tipo di circolazioneNatura del mezzoTipo di circolazioneNatura del mezzo 4 a lettera3 a lettera2 a lettera1 a lettera Mezzo refrigerante a contatto con gli avvolgimenti Mezzo refrigerante a contatto con il sistema esterno di raffreddamento DForzata e guidata FForzata non guidata NNaturale AAria WAcqua GGas LLiquido isolante non infiammabile OOlio isolante (infiammabile) simboloNatura del mezzo refrigerante Tipo di circolazione Trasformatore a secco con raffreddamento naturale dellaria allinterno e forzata allesterno ANAF Trasformatore a secco con raffreddamento naturale dellaria AN Trasformatore in olio con circolazione naturale dellolio e forzata dellaria ONAF Trasformatore in olio con circolazione naturale dellolio e dellaria ONAN esempi Sigle prevista dalle Norme CEI 76-2 per il raffreddamento dei trasformatori codice a 4 lettere

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4 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 dellaria, attraverso moti convettivi naturali (laria più calda sale, laria più fredda scende); AF (Air Forced): la circolazione dellaria avviene tramite ventole, che aumentano lefficacia 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 allinterno 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 lingresso e luscita dellaria.

5 A secco con ventilazione naturale in aria : AN a secco in resina A secco con ventilazione naturale. A secco con ventilazione forzata.

6 RAFFREDDAMENTO IN OLIO ONAN (Oil Natural Air Natural), la circolazione dellolio allinterno del cassone e dellaria allesterno 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 dellolio; ONAF (Oil Natural Air Forced): la circolazione dellaria è attivata tramite ventole. OFAF (Oil Forced Air Forced), la circolazione dellolio allinterno del cassone avviene tramite pompe, quella dellaria allesterno tramite ventole. Allesterno 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 olio- acqua e la circolazione dei due fluidi è attivata mediante pompe. La pressione dellolio deve essere più elevata di quella dellacqua, per fare in modo che, in caso di guasto, sia lolio a uscire e non lacqua a entrare (basta una piccola percentuale di acqua per comprometterne la tenuta isolante. ODAN: circolazione forzata dellolio negli avvolgimenti con raffreddamento naturale dellolio

7 ELEMENTI COSTRUTTIVI Lelemento chiave è costituito dal CASSONE che contiene lolio 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 Lelemento chiave è costituito dal CASSONE che contiene lolio 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

8 Trasf. ONAN Circolazione naturale dellolio 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

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10 I moti convettivi naturali che si instaurano allinterno 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 I moti convettivi naturali che si instaurano allinterno 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 t: passo di alettatura; d o h: altezza di alettatura a, b: gole di alettatura

11 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

12 In olio con circolazione naturale dellolio e raffreddamento naturale in aria: ONAN radiatori serbatoio olio

13 In olio con circolazione e raffreddamento forzati dellolio. olio acqua In olio con circolazione e raffreddamento forzati dellolio, con scambiatori ad acqua. In olio con circolazione e raffreddamento forzati dellolio mediante aerotermi.

14 aria In olio con circolazione naturale dellolio raffreddato ad aria forzata: ONAF aria olio In olio con circolazione forzata e guidata dellolio raffreddato ad aria forzata: ODAF

15 Trasformatore circolazione guidata dell olio e con ventilazione forzata (ODAF) aerotermi

16 Scambiatore di calore olio-acqua per OFWF OFWD ODWD olio acqua scambiatori di calore

17 Fotografia allinfrarosso di un trsaformatore in servizio (in rosso le parti a temperatura maggiore)

18 Schema semplificato per la demineralizzazione dellacqua di raffreddamento dello statore avvolgimento serbatoio polmone deionizzatore refrigerante pompe di circolazione filtro

19 V = portata volumetrica del fluido di raffreddamento [m 3 /s] e = temperatura in entrata [°C] u = temperatura in uscita [°C] = peso specifico del fluido di raffreddamento [kg/m 3 ] c p = calore specifico a pressione costante del fluido di raffreddamento [J/kg°C] Potenza scambiata tra macchina e fluido di raff. contenuto termico specifico A sp = · c p Portata volumetrica specifica

20 = coefficiente di dilatazione dei gas perfetti = peso specifico del gas di raffreddamento c = calore specifico a pressione costante k = conducibilità termica del gas = viscosità del gas c = 1009 J/°C kg ; = 1/293 ; = 1,2 kg/m 3 k = 0,025 W/°C m ; = 0, kg/s aria c = J/°C kg ; = 1/293 ; = 0,084 kg/m 3 k = 0,185 W/°C m ; = 0, kg/s (W/m 2 ) idrogeno

21 ACCESSORI DEI TRASFORMATORI n I principali accessori dei trasformatori sono: til conservatore dellolio; tla valvola antiscoppio (a diaframma); til dispositivo di protezione dellolio dallumidità e dallossidazione; til relé Bucholz; tla valvola di scarico rapido; ti passanti; tla valvole per il controllo dellolio; tgli elementi per la misura della temperatura; ti variatori di rapporto a vuoto e a carico. n I principali accessori dei trasformatori sono: til conservatore dellolio; tla valvola antiscoppio (a diaframma); til dispositivo di protezione dellolio dallumidità e dallossidazione; til relé Bucholz; tla valvola di scarico rapido; ti passanti; tla valvole per il controllo dellolio; tgli elementi per la misura della temperatura; ti variatori di rapporto a vuoto e a carico.

22 SERBATOI Il serbatoio è dimensionato per contenere il % del volume di olio che cè nel cassone e nel sistema di raffreddamento La conservazione deve essere tale da impedire allolio 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 La conservazione deve essere tale da impedire allolio 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

23 SISTEMAZIONE DI ALCUNI ACCESSORI VALVOLA A DIAFRAMMA BUCHOLZ ESSICATORI DELLARIA gel di silice per deumidificare laria CONSERVATORE SACCO DI PROTEZIONE Misuratore e visualizzatore di livello

24 FUNZIONAMENTO DEL RELÈ BUCHOLZ FLUSSO DELLOLIO O DEL GAS AL CONSERVATORE RELÉ A GALLEGGIANTE (ALLARME) RELÉ A PALETTA (DISTACCO) VALVOLA DI PRELIEVO GAS

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27 Sistema barometrico con atmosfera inerte di azoto olio cassone azoto aria filtro

28 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. Isolatori passanti parete passante conduttore in tensione isolamento esterno (molto spesso in aria) isolamento interno

29 ISOLATORI PASSANTI: CLASSIFICAZIONE n Gli isolatori usati negli apparati elettromeccanici possono essere dei seguenti tipi: tIsolatori portanti: hanno funzioni di sostegno nelle apparecchiature, nei quadri, nelle linee BT e talvolta MT e nelle stazioni. tIsolatori di linea: hanno funzioni di isolamento e di sostegno nelle linee aeree MT e AT. tIsolatori passanti: permettono ad un conduttore in tensione di attraversare una parete mettendo in collegamento due ambienti, spesso diversi. n Gli isolatori, a seconda dellinstallazione possono essere per esterno o per interno. n Gli isolatori usati negli apparati elettromeccanici possono essere dei seguenti tipi: tIsolatori portanti: hanno funzioni di sostegno nelle apparecchiature, nei quadri, nelle linee BT e talvolta MT e nelle stazioni. tIsolatori di linea: hanno funzioni di isolamento e di sostegno nelle linee aeree MT e AT. tIsolatori passanti: permettono ad un conduttore in tensione di attraversare una parete mettendo in collegamento due ambienti, spesso diversi. n Gli isolatori, a seconda dellinstallazione possono essere per esterno o per interno.

30 n Per quanto concerne i problemi legati al progetto dellisolamento elettrico, tutti gli isolatori presentano due aspetti: tisolamento superficiale per il quale vanno considerate: k la distanza di isolamento, vale a dire la distanza in linea retta fra la parte in tensione e la terra; kla linea di fuga vale a dire la distanza misurata considerando tutto lo sviluppo dellalettatura fra la parte in tensione e la terra. tisolamento di volume che presenta aspetti diversi a seconda della morfologia dellisolatore e di svilupperemo alcune considerazioni per gli isolatori passanti. n Occorre infine tenere conto degli aspetti meccanici particolarmente importanti per le linee aeree. n Per quanto concerne i problemi legati al progetto dellisolamento elettrico, tutti gli isolatori presentano due aspetti: tisolamento superficiale per il quale vanno considerate: k la distanza di isolamento, vale a dire la distanza in linea retta fra la parte in tensione e la terra; kla linea di fuga vale a dire la distanza misurata considerando tutto lo sviluppo dellalettatura fra la parte in tensione e la terra. tisolamento di volume che presenta aspetti diversi a seconda della morfologia dellisolatore e di svilupperemo alcune considerazioni per gli isolatori passanti. n Occorre infine tenere conto degli aspetti meccanici particolarmente importanti per le linee aeree.

31 Passanti in porcellana per bassa e media tensione Isolamento interno ed esterno in porcellana

32 Passanti per media tensione in resina epossidica Isolamento interno ed esterno in resina isolamento esterno in porcellana isolamento interno in SF6 conduttore Isolatore passante per alta tensione in SF6

33 ISOLATORE PASSANTE CON SCHERMO A MASSA

34 In prima approssimazione (trascurando leffetto dei bordi) la sollecitazione dielettrica può essere calcolata con un campo a simmetria cilindrica r1r1 r2r2 r V materiale isolante Sollecitazione dielettrica E r r1r1 r2r2 E(r)E(r)

35 0 0 r2r2 r1r1 r 1min E mm si ha un minimo per E mm Sollecitazione dielettrica massima in funzione del raggio del conduttore Tra tutti i raggi di conduttore possibili si cerca quello che minimizza il campo elettrico.

36 ISOLATORE PASSANTE CON SCHERMO E CONDUTTORE CAVO

37 ISOLATORE PASSANTE CON DOPPIO SCHERMO

38 PASSANTE A CONDENSATORE ARIA - OLIO FLANGIA A POTENZIALE DI TERRA LATO ARIA LATO OLIO ARMATURE

39 r1r1 r2r2 r r2r2 r1r1 E il materiale è sollecitato in maniera più uniforme; la sollecitazione massima è minore a parità di dimensioni è possibile applicare una tensione maggiore V > V il materiale è sollecitato solo in prossimità del conduttore Sollecitazione dielettrica un solo strato di isolamento r1r1 r2r2 isolamento formato da N strati

40 conduttore isolamento in aria isolamento in olio cartocci isolanti strato di materiale conduttore porcellana r riri lili riri r i+1 i-esimo strato V ViVi obbiettivo: V i = cost. Schema di un passante a condensatore

41 Sistema isolante formato da N strati tutti dello stesso materiale di permettività obbiettivo del dimensionamento r i+1 r i l i i-esimo strato

42 facendo tutti gli strati dello stesso identico spessore d poiché è r i << d

43 isolamento in aria isolamento in olio cartocci isolanti strato di materiale conduttore porcellana r riri lili conduttore Passante per trasformatore (parte immersa in olio)

44 Passanti per alta e altissima tensione Passante per lattraversamento di una parete 400 kV, 4000 A isolamento esterno in porcellana - isolamento interno in carta-olio

45 d distanza disolamento in aria isolamento esterno in porcellana isolamento interno Passanti a condensatore

46 Isolatori passanti per 145 kV Isolatori passanti per 380 kV Isolatori passanti in alta tensione

47 distanza di isolamento in aria (isolamento esterno) d Isolatori passanti per altissima tensione in carta olio

48 LE SOVRATENSIONI NEGLI IMPIANTI A. T. Le sovratensioni che influenzano i trasformatori possono essere origine esterna o interna allimpianto elettrico n Di origine esterna: Fulminazione diretta o sovratensioni indotte in linea. Sono sostanzialmente di origine atmosferica ed hanno le seguenti caratteristiche: t Livelli energetici e di tensione non correlati alle caratteristiche nominali del sistema elettrico su cui incidono. durata dei fenomeni dellordine delle decine di s con tempi di salita dellordine dei kA/ s (quindi in una banda sul MHz). Simulazione effettuata con impulsi di tensione 1,2/50 s o con impulsi di corrente 8/20 s. Le sovratensioni che influenzano i trasformatori possono essere origine esterna o interna allimpianto elettrico n Di origine esterna: Fulminazione diretta o sovratensioni indotte in linea. Sono sostanzialmente di origine atmosferica ed hanno le seguenti caratteristiche: t Livelli energetici e di tensione non correlati alle caratteristiche nominali del sistema elettrico su cui incidono. durata dei fenomeni dellordine delle decine di s con tempi di salita dellordine dei kA/ s (quindi in una banda sul MHz). Simulazione effettuata con impulsi di tensione 1,2/50 s o con impulsi di corrente 8/20 s.

49 n Di origine interna: dipendono dalla morfologia dellimpianto elettrico e sono prodotte da: t distacchi o variazioni brusche di carico; t messa in tensione di linee o trasformatori; t ferrorisonanza; t guasti a terra. t 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 dellordine del migliaio di microsecondi (bassa frequenza). n Di origine interna: dipendono dalla morfologia dellimpianto elettrico e sono prodotte da: t distacchi o variazioni brusche di carico; t messa in tensione di linee o trasformatori; t ferrorisonanza; t guasti a terra. t 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 dellordine del migliaio di microsecondi (bassa frequenza).

50 ACCORGIMENTI COSTRUTTIVI n Studio del comportamento della macchina (avvolgimenti) in presenza di sovratensioni. n Sviluppo di tecniche progettuali per migliorare il comportamento di componenti e sistemi in presenza di sovratensioni, e disponibilità di componenti atte a limitarle.: t interventi progettuali e costruttivi su componenti e sistemi atti a minimizzare il livello delle sovratensioni; t dimensionamento di componenti e sistemi in modo da ottimizzare il loro comportamento in presenza di sovratensioni; t impiego di componenti in grado di ridurre il livello delle sovratensioni a valori non pericolosi per i componenti del sistema. t Uso di tecniche di verifica delle soluzioni adottate (prove ad impulso). n Studio del comportamento della macchina (avvolgimenti) in presenza di sovratensioni. n Sviluppo di tecniche progettuali per migliorare il comportamento di componenti e sistemi in presenza di sovratensioni, e disponibilità di componenti atte a limitarle.: t interventi progettuali e costruttivi su componenti e sistemi atti a minimizzare il livello delle sovratensioni; t dimensionamento di componenti e sistemi in modo da ottimizzare il loro comportamento in presenza di sovratensioni; t impiego di componenti in grado di ridurre il livello delle sovratensioni a valori non pericolosi per i componenti del sistema. t Uso di tecniche di verifica delle soluzioni adottate (prove ad impulso).

51 SOLLECITAZIONI IN TENSIONE IN UN TRASFORMATORE AT BT Sollecitazioni verso massa Sollecitazioni fra gli avvolgimenti Sollecitazioni fra le spire Il valore delle sovratensioni che incidono sui trasformatori dipende dal coordinamento dellisolamento del sistema e dal tipo di protezioni impiegate.

52 Lavvolgimento non è schematizzabile con parametri concentrati Un tratto infinitesimo, dx, dellavvolgimento può essere rappresentato come: Lavvolgimento non è schematizzabile con parametri concentrati Un tratto infinitesimo, dx, dellavvolgimento può essere rappresentato come: DISTRIBUZIONE DELLE SOLLECITAZIONI IMPULSIVE dx x x=0 x=h Con r[ /m]resistenza longitudinale specifica l[H/m]induttanza g[S/m]conduttanza trasversale specifica c l [F/m]capacità longitudinale specifica c t [F/m]capacità trasversale specifica dx c l dx rdx ldx gdx c t dx HV GND

53 Considero r ed l; Trascuro g, c t, c l MODELLO IN BASSA FREQUENZA: parametri concentrati dx rdx ldx h R L Considero c t, c l ; Trascuro g, r, l MODELLO IN ALTA FREQUENZA: parametri distribuiti dx c l dx c t dx

54 Distribuzione della tensione impulsive nellavvolgimento 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 (c l ) e verso massa (c t ). Nello schema relativo ad una singola fase, considero A e B la entrata e la uscita dellavvolgimento Limpulso di tensione è in A per t=0 e vale V 0 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 (c l ) e verso massa (c t ). Nello schema relativo ad una singola fase, considero A e B la entrata e la uscita dellavvolgimento Limpulso di tensione è in A per t=0 e vale V 0 A ctct clcl dV x dI x x B h V0V0 VxVx

55 Nel tratto dx ho una perdita di corrente verso massa ed una caduta sulla impedenza longitudinale la cui soluzione è del tipo: Nel tratto dx ho una perdita di corrente verso massa ed una caduta sulla impedenza longitudinale la cui soluzione è del tipo: ydx dI(x) I(x)+dI(x) V(x)+dV(x) I(x) V(x) dV(x)zdx con

56 Ulteriore semplificazione: z= 1/sc l ; y=sc t => In generale le capacità di spira sono molto minori rispetto alle capacità distribuite verso massa La soluzione dellequazione differenziale assume forme diverse a seconda delle condizioni al contorno che riflettono il tipo di collegamento scelto per lavvolgimento Ulteriore semplificazione: z= 1/sc l ; y=sc t => In generale le capacità di spira sono molto minori rispetto alle capacità distribuite verso massa La soluzione dellequazione differenziale assume forme diverse a seconda delle condizioni al contorno che riflettono il tipo di collegamento scelto per lavvolgimento

57 STELLA CON NEUTRO A TERRA n A collegato alla linea n B collegato a terra n per x = 0 V(0) = V 0 n per x = l V(l) = 0 n A collegato alla linea n B collegato a terra n per x = 0 V(0) = V 0 n per x = l V(l) = 0

58 Dopo alcuni passaggi si ottiene: basso => c t basso e/o c l elevato distribuzione uniforme tra le spire elevato => c t elevato e/o c l basso distribuzione disuniforme tra le spire prevalenza di caduta sulle prime spire Dopo alcuni passaggi si ottiene: basso => c t basso e/o c l elevato distribuzione uniforme tra le spire elevato => c t elevato e/o c l basso distribuzione disuniforme tra le spire prevalenza di caduta sulle prime spire A 0 x l B V(x)/V 0 1

59 Landamento della tensione tra le spire dellavvolgimento è regolato da Per =>0 la distribuzione delle sollecitazioni elettriche è lineare e si può applicare la regola del Volt/spira (dV(x)/dx=cost) Landamento della tensione tra le spire dellavvolgimento è regolato da Per =>0 la distribuzione delle sollecitazioni elettriche è lineare e si può applicare la regola del Volt/spira (dV(x)/dx=cost) Se invece è elevato, la caduta di tensione si concentra nelle prime spire sollecitandone oltre misura Dato che cresce al crescere delle capacità tra le spire, questa sollecitazione si accentua al crescere della potenza della macchina perché aumentano le dimensioni degli avvolgimenti Se invece è elevato, la caduta di tensione si concentra nelle prime spire sollecitandone oltre misura Dato che cresce al crescere delle capacità tra le spire, questa sollecitazione si accentua al crescere della potenza della macchina perché aumentano le dimensioni degli avvolgimenti

60 STELLA CON NEUTRO ISOLATO n A collegato alla linea n B isolato => I(l)=0 n per x = 0 V x = V 0 n per x = 2l V x = V 0 n A collegato alla linea n B isolato => I(l)=0 n per x = 0 V x = V 0 n per x = 2l V x = V 0 A 0 x l B V(x)/V 0 1

61 COLLEGAMENTO A TRIANGOLO n A collegato alla linea n B collegato alla linea n per x = 0 V(0) = V 0 n per x = l V(l) = V 0 n A collegato alla linea n B collegato alla linea n per x = 0 V(0) = V 0 n per x = l V(l) = V 0 V(x)/V 0 1 A 0 x l B

62 n Se non si adottano particolari accorgimenti in un normale avvolgimento si ha: > 5 n Con opportuni accorgimenti progettuali e costruttivi si può arrivare ad avere: < 1 n Per > 5 il gradiente sulle prime spire si può così esprimere: Esso è cioè volte il gradiente corrispondente ad una distribuzione uniforme. n Se non si adottano particolari accorgimenti in un normale avvolgimento si ha: > 5 n Con opportuni accorgimenti progettuali e costruttivi si può arrivare ad avere: < 1 n Per > 5 il gradiente sulle prime spire si può così esprimere: Esso è cioè volte il gradiente corrispondente ad una distribuzione uniforme.

63 n E infine necessario precisare che E x è la tensione allistante iniziale nel punto x dellavvolgimento. n Nel tempo tale tensione evolve per le riflessioni che si verificano agli estremi dellavvolgimento. n Tali riflessioni possono portare anche a tensioni e a gradienti fra le spire con valori più elevati di quelli che si verificano allistante iniziale n E infine necessario precisare che E x è la tensione allistante iniziale nel punto x dellavvolgimento. n Nel tempo tale tensione evolve per le riflessioni che si verificano agli estremi dellavvolgimento. n Tali riflessioni possono portare anche a tensioni e a gradienti fra le spire con valori più elevati di quelli che si verificano allistante iniziale

64 TENSIONE, RIFERITA AL VALORE MASSIMO DELLA TENSIONE DI LINEA, PER x = 80%, IN FUNZIONE DEL TEMPO

65 ACCORGIMENTI ATTI A RIDURRE. Il valore del parametro è determinante per migliorare il comportamento di un avvolgimento A.T.. Tanto più è elevato tanto maggiore è la differenza di potenziale sulle prime spire Posso pensare di aumentare lo spessore dellisolamento di spira. La capacità tra spire è molto piccola e non riesco ad ottenere gli effetti sperati. Il valore del parametro è determinante per migliorare il comportamento di un avvolgimento A.T.. Tanto più è elevato tanto maggiore è la differenza di potenziale sulle prime spire Posso pensare di aumentare lo spessore dellisolamento di spira. La capacità tra spire è molto piccola e non riesco ad ottenere gli effetti sperati. Bisp. Un aumento del bispessore porta ad una riduzione di c. Si deve aumentare la capacità tra spire e diminuire quella contro massa

66 n Nei piccoli trasformatori si rinforza lisolamento di spira e di bobina delle prime bobine. Non è razionale ma si usa fare n Possono essere adottati i seguenti accorgimenti: t iniezione di corrente nelle prime spire con accoppiamenti capacitivi con il terminale A.T. (schermi, anelli diffusori); t aumento della differenza di potenziale fra spire adiacenti con la realizzazione di particolari avvolgimenti (a spire interposte, a strati). n Nei piccoli trasformatori si rinforza lisolamento di spira e di bobina delle prime bobine. Non è razionale ma si usa fare n Possono essere adottati i seguenti accorgimenti: t iniezione di corrente nelle prime spire con accoppiamenti capacitivi con il terminale A.T. (schermi, anelli diffusori); t aumento della differenza di potenziale fra spire adiacenti con la realizzazione di particolari avvolgimenti (a spire interposte, a strati).

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68 INIEZIONE DI CORRENTE MEDIANTE ACCOPPIAMENTI CAPACITIVI c C x B

69 Si colloca in testa allavvolgimento 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 lavvolgimento Si colloca in testa allavvolgimento 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 lavvolgimento

70 Nei grandissimi trasformatori a connessione diretta in rete e soggette a fulminazioni, si inseriscono degli schermi parabolici che interessano tutto lavvolgimento Con questi accorgimenti viene ridotto quasi a 0 I trasformatori che presentano =0 sono detti Antirisonanti Per i trasformatori di piccola potenza, si rinforza lisolamento delle prime 2 o 3 bobine Con questi accorgimenti viene ridotto quasi a 0 I trasformatori che presentano =0 sono detti Antirisonanti Per i trasformatori di piccola potenza, si rinforza lisolamento delle prime 2 o 3 bobine

71 AVVOLGIMENTO A SPIRE INTERPOSTE CONFRONTATO CON UNO A DISCHI ANELLO DIFFUSORE A DISCHI A SPIRE INTERPOSTE

72 AVVOLGIMENTI A STRATI PER A. T. V 2 V 1 V 12 V x

73 VALUTAZIONE DEL TRASFORMATORE IN REGIME IMPULSIVO n Il valore delle sovratensioni che incidono sui trasformatori dipende dal coordinamento dellisolamento del sistema e dal tipo di protezioni impiegate. n Le sovratensioni di origine atmosferica vengono simulate con impulsi di tensione del tipo: dove = cost. di tempo della coda; = cost. di tempo del fronte n Il valore delle sovratensioni che incidono sui trasformatori dipende dal coordinamento dellisolamento del sistema e dal tipo di protezioni impiegate. n Le sovratensioni di origine atmosferica vengono simulate con impulsi di tensione del tipo: dove = cost. di tempo della coda; = cost. di tempo del fronte

74 IMPULSO DI TENSIONE NORMALIZZATO t ( s) v (kV) t f t c v max t f = 1,2 s; t c = 50 s t f = 1,25 t 0,9 V max 0,1 V max t 0,5 V max

75 IMPULSO DI TENSIONE TRONCATO SUL FRONTE O SULLA CRESTA t ( s ) v (kV) t f t c v max

76 SCHEMA DI GENERATORE DI IMPULSI

77 n Nella figura si ha: t A = alimentatore in c.c. a tensione variabile; R a = resistenze di carica dei condensatori (decine di k ); R f = resistenze di fronte (decine di ); R c = resistenze di coda (decine di k ); t C = condensatori; t P = partitore compensato resistivo-capacitivo per il rilievo della forma donda della tensione. t S = shunt antinduttivo ed anticapacitivo per il rilievo della forma donda della corrente; t Sp = spinterometro a sfere per la misura della tensione di cresta. n si definisce rendimento del generatore il rapporto: n Nella figura si ha: t A = alimentatore in c.c. a tensione variabile; R a = resistenze di carica dei condensatori (decine di k ); R f = resistenze di fronte (decine di ); R c = resistenze di coda (decine di k ); t C = condensatori; t P = partitore compensato resistivo-capacitivo per il rilievo della forma donda della tensione. t S = shunt antinduttivo ed anticapacitivo per il rilievo della forma donda della corrente; t Sp = spinterometro a sfere per la misura della tensione di cresta. n si definisce rendimento del generatore il rapporto:

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79 RISULTATI DI PROVE AD IMPULSO SU BOBINE DI TRASFORMATORI NESSUNA SCARICA SCARICA FRA SPIRE SCARICA VERSO TERRA

80 n La scarica può verificarsi sul fronte, sulla cresta o sulla coda dellimpulso. n Se la scarica avviene sul fronte il livello della tensione di scarica dipende dalla ripidità del fronte stesso. n Se la scarica si verifica ai capi di uno spinterometro a sfere, si ha di norma una scarica sulla cresta dellimpulso. n Lo spinterometro a sfere consente di misurare lampiezza dellimpulso in base alla probabilità di scarica, valutata effettuando una serie di prove ripetute. n Si adotta come tensione di misura, il valore che corrisponde al verificarsi del 50 % di scariche. n La scarica può verificarsi sul fronte, sulla cresta o sulla coda dellimpulso. n Se la scarica avviene sul fronte il livello della tensione di scarica dipende dalla ripidità del fronte stesso. n Se la scarica si verifica ai capi di uno spinterometro a sfere, si ha di norma una scarica sulla cresta dellimpulso. n Lo spinterometro a sfere consente di misurare lampiezza dellimpulso in base alla probabilità di scarica, valutata effettuando una serie di prove ripetute. n Si adotta come tensione di misura, il valore che corrisponde al verificarsi del 50 % di scariche.

81 MISURA DELLA TENSIONE DI CRESTA DI UN IMPULSO CON LO SPINTEROMETRO A SFERE 100% 50% 0% probabilità di scarica tensione V 0 V 50 V 100

82 TENSIONE DI SCARICA SUL FRONTE IN FUNZIONE DEL TEMPO DI SALITA


Scaricare ppt "Le perdite sono proporzionali al peso del componente. La cessione allambiente del calore prodotto da tali perdite, avviene attraverso la superficie esterna."

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