AVVOLGIMENTI

Trascurando le perdite di potenza e le cadute di tensione dovute al carico:

• L’avvolgimento di alta tensione (AT) sarà formato da più spire di sezione minore (perché percorse da corrente minore).

In genere, per l’AT si usano conduttori a filo oppure quelli a piattina che consentono il riempimento ottimale dello spazio.

• L’avvolgimento di bassa tensione (BT) sarà formato da meno spire di sezione maggiore (perché percorse da corrente maggiore).

In genere, i conduttori in BT sono a piattina; talvolta presentano una struttura “a nastro” (poche spire di grande sezione).

1 1 2 2V I V I 1 1

2 2

V N

V N

La disposizione degli avvolgimenti BT e AT attorno alle colonne del nucleo è determinata da vari fattori:

• accoppiamento magnetico tra primario e secondario: l’accoppiamento ideale si ottiene ponendo i due avvolgimenti uno dentro l’altro (tutto il flusso magnetico si concatena con entrambi gli avvolgimenti non si ha flusso magnetico disperso);

• necessità di isolamento tra avvolgimenti e nucleo magnetico e tra avvolgimento primario e secondario;

• necessità di raffreddamento: nei trasformatori di elevata potenza, occorre avere dei canali di raffreddamento verticali, paralleli alla colonna, per consentire la circolazione del fluido refrigerante per smaltire il calore prodotto dalle perdite nel nucleo e nei conduttori. È infatti necessario contenere la temperatura entro livelli che non compromettano la tenuta degli isolanti.

TIPOLOGIE DI AVVOLGIMENTITIPOLOGIE DI AVVOLGIMENTI

Primario e secondario sono di regola disposti sulla stessa colonna per contenere al massimo le dispersio-ni di flusso. Da ciò derivano i tipi fondamentali di costruzione:

Avvolgimenti concentrici:semplici; biconcentrici simmetrici;biconcentrici asimmetrici.

Avvolgimenti alternati:simmetrici;asimmetrici.

Primario e secondario sono di regola disposti sulla stessa colonna per contenere al massimo le dispersio-ni di flusso. Da ciò derivano i tipi fondamentali di costruzione:

Avvolgimenti concentrici:semplici; biconcentrici simmetrici;biconcentrici asimmetrici.

Avvolgimenti alternati:simmetrici;asimmetrici.

AVVOLGIMENTO CONCENTRICO

Ciascun avvolgimento occupa tutta la lunghezza della colonna; l’avvolgimento BT è vicino al nucleo, quello AT è esterno.

L’avvolgimento BT è formato da piattina avvolta a spirale a strato continuo, quello AT da filo o piattina a bobine separate e collegate tra loro. L’avvolgimento AT a bobine separate è utilizzato per avere una tensione tra bobine dello stesso avvolgimento inferiore a qualche kV.

X O

1 2

BT

AT

L’avvolgimento concentrico è il più diffuso perché presenta i seguenti vantaggi:

• migliore accoppiamento magnetico;

• facilità di isolamento (con tubi isolanti);

• facilità di circolazione del fluido refrigerante (con canali verticali).

Gli svantaggi sono dati da:

• maggiore reattanza di dispersione;

• maggiori sforzi elettrodinamici: le forze sugli avvolgimenti sono di compressione dell’avvolgimento BT sul nucleo e di dilatazione radiale dell’avvolgimento AT verso l’esterno. Sono necessari buoni ancoraggi per gli avvolgimenti.

AVVOLGIMENTO DOPPIO CONCENTRICO

Nell’avvolgimento doppio concentrico, l’avvolgimento BT è diviso in due metà, una disposta vicino al nucleo e l’altra all’esterno.

Sono necessari due strati di isolante tra gli avvolgimenti, al posto di uno solo del caso concentrico semplice.

Il raffreddamento è realizzato tramite canali verticali.

Le reattanze di dispersione sono circa un quarto di quelle con avvolgimento concentrico semplice.

Anche gli sforzi elettrodinamici sono circa un quarto di quelli con avvolgimento concentrico semplice.

Sono ancora necessari buoni ancoraggi per gli avvolgimenti.

X O X

b b

AT

BT

a1/2 a2 a1/2

FrFr Fr Frh

N2/2 N1 N2/2

BICONCENTRICISIMMETRICI

BICONCENTRICISIMMETRICI

X O X

AT

BT

1/2 2 1/2

La disposizione geometrica influenza le reattanze di dispersione che a loro volta determinano la Vcc

La reattanza di dispersine si controlla sia con le dimensioni radiali e longitudinali dell’avvolgimento, sia con le distanze e gli spazi tra le bobine

La disposizione geometrica influenza le reattanze di dispersione che a loro volta determinano la Vcc

La reattanza di dispersine si controlla sia con le dimensioni radiali e longitudinali dell’avvolgimento, sia con le distanze e gli spazi tra le bobine

BICONCENTRICI DISSIMMETRICI

BICONCENTRICI DISSIMMETRICI

X O X

Regolaz. AT

BT

AT

AVVOLGIMENTO ALTERNATO (Simmetrico)

Nell’avvolgimento alternato, gli avvolgimenti BT e AT sono suddivisi in un certo numero di bobine, disposte attorno alle colonne, isolate tra loro e verso il nucleo.

AT

BT

Come isolamento, è il più sfavorito, perché necessita di più strati di isolante tra gli avvolgimenti.

Il raffreddamento è più difficoltoso, i canali devono avere sezioni maggiori.

In compenso, gli sforzi elettrodinamici sono molto attenuati: sono quindi richiesti ancoraggi meno onerosi.

L’avvolgimento alternato è conveniente nel caso di trasformatori ad elevate intensità di corrente.

N2/2

N2/4

N1/2

N1/2

N2/4

AVVOLGIMENTI ALTERNATI

DISSIMMETRICI

AVVOLGIMENTI ALTERNATI

DISSIMMETRICI

AT

BT

AVVOLGIMENTI ALTERNATI

DISSIMMETRICI

AVVOLGIMENTI ALTERNATI

DISSIMMETRICI

AT

BT

La geometria determina anche gli sforzi elettrodinamici. Dove la corrente è elevata si adotta gli alternati (forni elettrici, impianti elettrochimici, etc.)

La geometria determina anche gli sforzi elettrodinamici. Dove la corrente è elevata si adotta gli alternati (forni elettrici, impianti elettrochimici, etc.)

La configurazione di gran lunga più usata è quella concentrica con la BT contro il nucleo

Gli avvolgimenti biconcentrici sono usati in macchine di grande potenza e ad alta tensione, dove un elevato grado di dispersione rende difficile far scendere la tensione di corto circuito ai valori desiderati.

Gli avvolgimenti alternati sono usati in macchine di piccole potenza, o quando si voglia accedere con pari facilità ai due avvolgimenti. La BT, per motivi di isolamento e in genere all’esterno.

L’altezza, h, dell’avvolgimento è determinata dalle sollecitazioni magnetiche

La configurazione di gran lunga più usata è quella concentrica con la BT contro il nucleo

Gli avvolgimenti biconcentrici sono usati in macchine di grande potenza e ad alta tensione, dove un elevato grado di dispersione rende difficile far scendere la tensione di corto circuito ai valori desiderati.

Gli avvolgimenti alternati sono usati in macchine di piccole potenza, o quando si voglia accedere con pari facilità ai due avvolgimenti. La BT, per motivi di isolamento e in genere all’esterno.

L’altezza, h, dell’avvolgimento è determinata dalle sollecitazioni magnetiche

al fine di ridurre al minimo le sollecitazioni assiali negli avvolgimenti, causate dagli sforzi elettrodinamici prodotti da eventuali correnti di corto circuito, è necessario che gli avvolgimenti BT ed AT abbiano la stessa altezza e siano per quanto possibile centrati fra loro;

tale disposizione consente anche di minimizzare la reattanza di dispersione e quindi la tensione di corto circuito del trasformatore;

gli avvolgimenti sono bloccati mediante blocchetti di resina fissati sulle armature con tiranti filettati che lavorano su piastre di acciaio, fogli di gomma consentono di ottenere una certa elasticità e di evitare possibili cricche nella resina.

al fine di ridurre al minimo le sollecitazioni assiali negli avvolgimenti, causate dagli sforzi elettrodinamici prodotti da eventuali correnti di corto circuito, è necessario che gli avvolgimenti BT ed AT abbiano la stessa altezza e siano per quanto possibile centrati fra loro;

tale disposizione consente anche di minimizzare la reattanza di dispersione e quindi la tensione di corto circuito del trasformatore;

gli avvolgimenti sono bloccati mediante blocchetti di resina fissati sulle armature con tiranti filettati che lavorano su piastre di acciaio, fogli di gomma consentono di ottenere una certa elasticità e di evitare possibili cricche nella resina.

I Materiali Conduttori per Trasformatori

Materiale Resistività

a 20°C

(mm2/m)

Coeff. di temperatura 0

(×10-3)

Peso specifico

(kg/dm3)

Rame elettrolitico ricotto crudo

0,01724 0,01786

3,93 3,91

8,9 8,9

Alluminio elettrolitico ricotto crudo

0,02825 0,02898

4,0 4,0

2,6 2,6

Argento (puro al 99,98%) 0,0164 3,8 10,5

Oro 0,100 4,0 21,4

Piombo 0,210 4,0 11,4

Zinco 0,060 3,7 7,1

Ferro 0,100 4,5 7,8

Nichelcromo (Ni 80% + Cr 20%) 1,00 0,15 8,4

Materiali per spazzole: impasto di carbone elettrografite metalgrafite

35÷45 14÷75

0,25÷2

1,5÷1,6 1,45÷1,6

2,7÷5

Proprietà determinanti nella scelta di un conduttore

resistività elettrica e sua dipendenza dalla temperatura

proprietà meccaniche:resistenza alla trazione, modulo di elasticità, allungamento (parametri importanti nelle linee aerere), resistenza alla torsione e la piegamento (importante per i conduttori cordati), durezza, resilienza ecc.

proprietà tecnologiche (lavorabilità):malleabilità, duttilità (importante per ottenere fili sottili alla trafila), aldabilità proprietà termiche:conducibilità termica (sempre elevata nei metalli), coefficiente di dilatazione termica (importante nelle linee aeree e negli avvolgimenti), temperatura di fusione

i materiali conduttori impiegati nell’industria elettrica sono quasi esclusivamente il rame e l’alluminio

Proprietà determinanti nella scelta di un conduttore

resistività elettrica e sua dipendenza dalla temperatura

proprietà meccaniche:resistenza alla trazione, modulo di elasticità, allungamento (parametri importanti nelle linee aerere), resistenza alla torsione e la piegamento (importante per i conduttori cordati), durezza, resilienza ecc.

proprietà tecnologiche (lavorabilità):malleabilità, duttilità (importante per ottenere fili sottili alla trafila), aldabilità proprietà termiche:conducibilità termica (sempre elevata nei metalli), coefficiente di dilatazione termica (importante nelle linee aeree e negli avvolgimenti), temperatura di fusione

i materiali conduttori impiegati nell’industria elettrica sono quasi esclusivamente il rame e l’alluminio

La scala IACS è una scala internazionale di conducibilità che attribuisce il valore 100 % alla conducibilità a 20 °C del campione internazionale del rame ricotto

( = 58,00 m/mm2)

Proprietà fisiche del rame e dell’alluminio

  rame alluminio

Temperatura di fusione (°C) 1083 658

Peso specifico (kg/dm3) 8,89 2,7

Resistenza a trazione (N/mm2) 150÷200 70÷90

Modulo di elasticità (kg/mm2) 12.000 6.500

Calore specifico (J/kgK) 903 385

Conduttività termica (W/mK) 392 ~210

Coeff.di dilatazione termica (m/mK)·10-6 17,3 23,6

Durezza (HBN) 45 18÷25

Conducibiltà (m/mm2) 58(100% IACS)

35,21(62% IACS)

Resisitività (mm2/m) 0,017421 0.0284

FILI E PIATTINE CONDUTTRICIFILI E PIATTINE CONDUTTRICI

La produzione dei conduttori (forme, dimensioni, isolamento e tolleranze) è regolata dalle norme:

UNEL 01722/3-5 per i fili UNEL 01612/13 per le piattine

La produzione dei conduttori (forme, dimensioni, isolamento e tolleranze) è regolata dalle norme:

UNEL 01722/3-5 per i fili UNEL 01612/13 per le piattine

La scelta tra sezione circolare e quella rettangolare dipende dalla sezione complessiva che si intende realizzare e dalla In

Nelle sezioni rettangolari la scelta delle dimensioni in base ed altezza sono lasciate alla discrezionalità del progettista per ottenere forme larghe/strette o basse/alte

I conduttori vengono forniti in rotoli e possono essere isolati o no. Se sono isolati si fa riferimento in primo luogo alla classe di isolamento del materiale.

Si deve considerare lo spessore dell’isolamento che cambia in rapporto alle prestazioni ed alle caratteristiche del materiale isolante scelto

La scelta tra sezione circolare e quella rettangolare dipende dalla sezione complessiva che si intende realizzare e dalla In

Nelle sezioni rettangolari la scelta delle dimensioni in base ed altezza sono lasciate alla discrezionalità del progettista per ottenere forme larghe/strette o basse/alte

I conduttori vengono forniti in rotoli e possono essere isolati o no. Se sono isolati si fa riferimento in primo luogo alla classe di isolamento del materiale.

Si deve considerare lo spessore dell’isolamento che cambia in rapporto alle prestazioni ed alle caratteristiche del materiale isolante scelto

Tutti questi materiali sono termo-indurenti con funzioni cementanti

Vengono anche forniti grafici per la scelta delle dimensioni. Es:

Tutti questi materiali sono termo-indurenti con funzioni cementanti

Vengono anche forniti grafici per la scelta delle dimensioni. Es:

Si distinguono in Isolanti Interni (isolamento di spira, isolamento tra strati e fra bobine) Isolanti Esterni (isolamenti tra avvolgimenti e parti metalliche a terra, isolamento tra le fasi)

per l’isolamento di spira si fa riferimento ai dati di catalogo forniti dai costruttori di fili e piattine

l’isolamento di sezione viene realizzato con fogli di carta o film di materiale termo-plastico

l’isolamento di bobina con dei nastri di cotone, tela o materiale plastico termo indurente dalle buone proprietà di conducibilità termica

Si distinguono in Isolanti Interni (isolamento di spira, isolamento tra strati e fra bobine) Isolanti Esterni (isolamenti tra avvolgimenti e parti metalliche a terra, isolamento tra le fasi)

per l’isolamento di spira si fa riferimento ai dati di catalogo forniti dai costruttori di fili e piattine

l’isolamento di sezione viene realizzato con fogli di carta o film di materiale termo-plastico

l’isolamento di bobina con dei nastri di cotone, tela o materiale plastico termo indurente dalle buone proprietà di conducibilità termica

MATERIALI E SISTEMI ISOLANTI MATERIALI E SISTEMI ISOLANTI

Polivinilacetalico (Cl-B)

bisp_1 0.04-0.06 mm

bisp_2 0.07-0.10 mm

bisp_3 0.11-0.15 mm

Appl. BT

Polivinilacetalico (Cl-B)

bisp_1 0.04-0.06 mm

bisp_2 0.07-0.10 mm

bisp_3 0.11-0.15 mm

Appl. BT

ISOLAMENTI DI RICOPRIMENTO DI FILI E PIATTINEISOLAMENTI DI RICOPRIMENTO DI FILI E PIATTINE

Poliuretano (Cl-B E F)

bisp_2 0.07-0.10 mm

bisp_3 0.11-0.15 mm

bisp_4 0.14-0.17 mm Appl. Fili sottili e basse I

Poliuretano (Cl-B E F)

bisp_2 0.07-0.10 mm

bisp_3 0.11-0.15 mm

bisp_4 0.14-0.17 mm Appl. Fili sottili e basse I

Poliesteri (Cl-H)

poliamidico-imidico

bisp. da 2 a 4

Appl. AT

Poliesteri (Cl-H)

poliamidico-imidico

bisp. da 2 a 4

Appl. AT

Poliimidico (Cl-H)

bisp. da 2 a 4

Appl. AT

Poliimidico (Cl-H)

bisp. da 2 a 4

Appl. AT

CARTE E CARTONI PER USO ELETTRICOCARTE E CARTONI PER USO ELETTRICO

Carte e cartoni sono, assieme alle tele di cotone, gli unici prodotti di origine naturale largamente impiegati nell’ingegneria elettrica.

Si tratta di prodotti a base di cellulosa purissima, con grado di acidità praticamente nullo.

D’altra parte la carta costituisce un’ottima barriera di filtro per sistemi di isolamento a base di fluidi liquidi o gassosi.

Le sue caratteristiche sono molto influenzate dall’umidità e ciò limita la classe di isolamento

La porosità limita la rigidità dielettrica a 3 - 5 kV/mm Se impregnata in olio la rigidità può arrivare a 35 - 50 kV/mm e

varia con la temperatura.

La carta è prodotta a partire da spessori di 0.005 mm. Nei trasformatori si impiegano carte con spessori unitari di 0.06 - 012 mm.

Carte e cartoni sono, assieme alle tele di cotone, gli unici prodotti di origine naturale largamente impiegati nell’ingegneria elettrica.

Si tratta di prodotti a base di cellulosa purissima, con grado di acidità praticamente nullo.

D’altra parte la carta costituisce un’ottima barriera di filtro per sistemi di isolamento a base di fluidi liquidi o gassosi.

Le sue caratteristiche sono molto influenzate dall’umidità e ciò limita la classe di isolamento

La porosità limita la rigidità dielettrica a 3 - 5 kV/mm Se impregnata in olio la rigidità può arrivare a 35 - 50 kV/mm e

varia con la temperatura.

La carta è prodotta a partire da spessori di 0.005 mm. Nei trasformatori si impiegano carte con spessori unitari di 0.06 - 012 mm.

Le CEI 15-2 ed UNEL 02711 classificano 4 tipi di carta:

Tipo A: PRESSPAN, cartone pressato senza trattamenti (Er=5-7 kV/mm in aria e 10-20 kV/mm in olio a 90°, spessori da 0.5 ad 1.5 mm, r=4-5.5

Tipo B: TRANSFORMERBOARD, poco porosa ma con elevato grado di assorbenza di olio e rigidità di 5-12 kV/mm (aria) - 16 kV/mm (olio), spessori da 0.2 a 5 mm, r=1.6-2

Tipo C cartone poco poroso meno denso, stessa rigidità e stesse dimensioni rispetto al tipo A

Tipo D, cartoni sottili , spessori 0.1 - 0.5 mm e rigidità sui 10 kV/mm

Le CEI 15-2 ed UNEL 02711 classificano 4 tipi di carta:

Tipo A: PRESSPAN, cartone pressato senza trattamenti (Er=5-7 kV/mm in aria e 10-20 kV/mm in olio a 90°, spessori da 0.5 ad 1.5 mm, r=4-5.5

Tipo B: TRANSFORMERBOARD, poco porosa ma con elevato grado di assorbenza di olio e rigidità di 5-12 kV/mm (aria) - 16 kV/mm (olio), spessori da 0.2 a 5 mm, r=1.6-2

Tipo C cartone poco poroso meno denso, stessa rigidità e stesse dimensioni rispetto al tipo A

Tipo D, cartoni sottili , spessori 0.1 - 0.5 mm e rigidità sui 10 kV/mm

SISTEMI DI ISOLAMENTOSISTEMI DI ISOLAMENTO

NOMEX: carta in fibre corte e legante di poliamide aromatico (resistente in temperatura). Viene fornita in fogli e presenta buona stabilità termica fino ai 300°. Viene collocata nelle classi tra C ed H. 38 kV/mm la sua rigidità di riferimento, r=2.6 - 3.8

Film plastici per fogli sottili (sotto 0.01 mm) Mylar: poliestere (teraftalato di polietilene). Viene

utilizzato tra -60° - +150°C. La sua rigidità raggiunge i 280 - 200 kV/mm , r=3 -4

Kapton a base di resine polimidiche, viene considerato di classe C. Opportunamente trattato (es. combinato con teflon) è in classe H o F, r=2.7 - 3.7

NOMEX: carta in fibre corte e legante di poliamide aromatico (resistente in temperatura). Viene fornita in fogli e presenta buona stabilità termica fino ai 300°. Viene collocata nelle classi tra C ed H. 38 kV/mm la sua rigidità di riferimento, r=2.6 - 3.8

Film plastici per fogli sottili (sotto 0.01 mm) Mylar: poliestere (teraftalato di polietilene). Viene

utilizzato tra -60° - +150°C. La sua rigidità raggiunge i 280 - 200 kV/mm , r=3 -4

Kapton a base di resine polimidiche, viene considerato di classe C. Opportunamente trattato (es. combinato con teflon) è in classe H o F, r=2.7 - 3.7

NOMEX: carta in fibre corte e legante di poliamide aromatico (resistente in temperatura). Viene fornita in fogli e presenta buona stabilità termica fino ai 300°. Viene collocata nelle classi tra C ed H. 38 kV/mm la sua rigidità di riferimento

Film plastici per fogli sottili (sotto 0.01 mm) Mylar: poliestere (teraftalato di polietilene). Viene

utilizzato tra -60° - +150°C. La sua rigidità raggiunge i 280 - 200 kV/mm

Kapton a base di resine polimidiche, viene considerato di classe C. Opportunamente trattato (es. combinato con teflon) è in classe H o F. Viene incollato ad altri materiali per aumentare la consistenza meccanica. E’ disponibile in spessori di 0.5 - 5 mm e larghezze di 0.5 - 30 mm. E’ costoso

NOMEX: carta in fibre corte e legante di poliamide aromatico (resistente in temperatura). Viene fornita in fogli e presenta buona stabilità termica fino ai 300°. Viene collocata nelle classi tra C ed H. 38 kV/mm la sua rigidità di riferimento

Film plastici per fogli sottili (sotto 0.01 mm) Mylar: poliestere (teraftalato di polietilene). Viene

utilizzato tra -60° - +150°C. La sua rigidità raggiunge i 280 - 200 kV/mm

Kapton a base di resine polimidiche, viene considerato di classe C. Opportunamente trattato (es. combinato con teflon) è in classe H o F. Viene incollato ad altri materiali per aumentare la consistenza meccanica. E’ disponibile in spessori di 0.5 - 5 mm e larghezze di 0.5 - 30 mm. E’ costoso

CARTE CARICATEBachelite: carte impregnate in resine fenoliche rigidità sui 10 kV/mm, r=5-8

Carta Kraft: Cellulosa caricata con solfati ed impregnata con resine fenoliche, Spessori da 1 -3 mm con rigidità da 20 a 15 kV/mm all’aumentare della temperatura, r=2.5-4

Nomex: carta impregnata con resine poliammidiche per rigidità di 20 kV/mm e spessori da 1 a 3 mm. Presenta le migliori prestazioni in fogli sottili, r=2.6-3.8

CARTE CARICATEBachelite: carte impregnate in resine fenoliche rigidità sui 10 kV/mm, r=5-8

Carta Kraft: Cellulosa caricata con solfati ed impregnata con resine fenoliche, Spessori da 1 -3 mm con rigidità da 20 a 15 kV/mm all’aumentare della temperatura, r=2.5-4

Nomex: carta impregnata con resine poliammidiche per rigidità di 20 kV/mm e spessori da 1 a 3 mm. Presenta le migliori prestazioni in fogli sottili, r=2.6-3.8

LegnoLegno

Faggio trattato con vapore di acqua per liberarlo dai sali minerali (conduttori). Viene poi impregnato con olii o vernici per ridurre l’igroscopicità. La rigidità è di 2 - 6 kV/mm. Trova impiego per supporto meccanico

Faggio trattato con vapore di acqua per liberarlo dai sali minerali (conduttori). Viene poi impregnato con olii o vernici per ridurre l’igroscopicità. La rigidità è di 2 - 6 kV/mm. Trova impiego per supporto meccanico

FIBRE TESSILIFIBRE TESSILI

Sono buoni isolanti solo se trattati per ridurre il tenore di acqua e verniciati per impedirne il riassorbimento

Cotone: i filati di cotone hanno spessori di 0.05 - 0.15 mm e vengono avvolti più volte per conferire anche una robustezza meccanica alle bobine. Data la sua naturale porosità, viene impregnato dopo la applicazione. Si possono raggiungere rigidità di 20 -40 kV/mm, r=1

Lino: le tele di lino servono per dare consistenza meccanica a forme realizzate con resine

Seta: ha le stesse proprietà del cotone. Si realizzano spessori minori con un maggiore costo

Sono buoni isolanti solo se trattati per ridurre il tenore di acqua e verniciati per impedirne il riassorbimento

Cotone: i filati di cotone hanno spessori di 0.05 - 0.15 mm e vengono avvolti più volte per conferire anche una robustezza meccanica alle bobine. Data la sua naturale porosità, viene impregnato dopo la applicazione. Si possono raggiungere rigidità di 20 -40 kV/mm, r=1

Lino: le tele di lino servono per dare consistenza meccanica a forme realizzate con resine

Seta: ha le stesse proprietà del cotone. Si realizzano spessori minori con un maggiore costo

Fibre di Vetro (Elettrovetro)Fibre di Vetro (Elettrovetro)

Proprietà: stabilità in temperatura strutturale e dimensionale (fino a 700°) elevata conducibilità termica e bassa igroscopicitàelevata resistenza meccanica e buona flessibilità (non curvare molto) buona tenuta agli agenti chimici

I nastri sono prodotti a partire da spessori di 0.025 -0.08

Grezzi sono classificati in classe C e si prestano ad essere polimerizzati con qualsiasi tipo di resina impregnante

La rigidità allora raggiunge i 40 - 50 kV/mm e può essere raggiunta la classe F con impregnazione di epossidiche

Vengono utilizzate nei bendaggi contro massa e per la realizzazione di anelli e piastre di tenuta meccanica

r=4-10 per il vetro comune

Proprietà: stabilità in temperatura strutturale e dimensionale (fino a 700°) elevata conducibilità termica e bassa igroscopicitàelevata resistenza meccanica e buona flessibilità (non curvare molto) buona tenuta agli agenti chimici

I nastri sono prodotti a partire da spessori di 0.025 -0.08

Grezzi sono classificati in classe C e si prestano ad essere polimerizzati con qualsiasi tipo di resina impregnante

La rigidità allora raggiunge i 40 - 50 kV/mm e può essere raggiunta la classe F con impregnazione di epossidiche

Vengono utilizzate nei bendaggi contro massa e per la realizzazione di anelli e piastre di tenuta meccanica

r=4-10 per il vetro comune

REQUISITI PRINCIPALI RICHIESTI AD UN LIQUIDO ISOLANTE

REQUISITI PRINCIPALI RICHIESTI AD UN LIQUIDO ISOLANTE

Rigidità dielettrica e resistività di massa elevate. Basse perdite. Elevata o bassa costante dielettrica. Conducibilità termica e calore specifico elevati. Stabilità chimica e buon assorbimento dei gas. Bassa viscosità a bassa temperatura. Bassa volatilità ed elevato punto di accensione. Basso potere solvente e bassa densità. Buone capacità di estinzione dell’arco. Non infiammabile, non tossico. Economico e facilmente reperibile.

Rigidità dielettrica e resistività di massa elevate. Basse perdite. Elevata o bassa costante dielettrica. Conducibilità termica e calore specifico elevati. Stabilità chimica e buon assorbimento dei gas. Bassa viscosità a bassa temperatura. Bassa volatilità ed elevato punto di accensione. Basso potere solvente e bassa densità. Buone capacità di estinzione dell’arco. Non infiammabile, non tossico. Economico e facilmente reperibile.

PRINCIPALI ISOLANTI LIQUIDIPRINCIPALI ISOLANTI LIQUIDI

I principali liquidi isolanti sono: idrocarburi derivati dal petrolio (oli minerali). idrocarburi di sintesi oli siliconici esteri organici

Fra gli idrocarburi alogenati ricordiamo i PCB il cui uso è vietato per il loro impatto ambientale..

I principali liquidi isolanti sono: idrocarburi derivati dal petrolio (oli minerali). idrocarburi di sintesi oli siliconici esteri organici

Fra gli idrocarburi alogenati ricordiamo i PCB il cui uso è vietato per il loro impatto ambientale..

OLI MINERALIOLI MINERALI

Derivano dalla distillazione frazionata del petrolio.

Le Norme IEC li suddividono in tre classi, adatte per diverse temperature ambientali.

Queste classi si differenziano per la diversa viscosità (16,5 - 3,5 mm2/s a 40 °C), i valori di densità (888 - 872 g/dm3 a 20 °C) ed il punto di rammollimento (- 30, - 60 °C).

Derivano dalla distillazione frazionata del petrolio.

Le Norme IEC li suddividono in tre classi, adatte per diverse temperature ambientali.

Queste classi si differenziano per la diversa viscosità (16,5 - 3,5 mm2/s a 40 °C), i valori di densità (888 - 872 g/dm3 a 20 °C) ed il punto di rammollimento (- 30, - 60 °C).

DENSITÀ, VISCOSITÀ E POUR POINT DI OLI DI CLASSE I, II E III.

DENSITÀ, VISCOSITÀ E POUR POINT DI OLI DI CLASSE I, II E III.

Insulating oil Density20 °C - (kg/m3)

Viscosity20 °C - (cSt)

Pour point(°C)

Class I 888 70 -30Class II 879 32 -45Class III 872 6,5 -60

PROPRIETÀ DIELETTRICHE DI UN OLIO MINERALE

PROPRIETÀ DIELETTRICHE DI UN OLIO MINERALE

PROPRIETÀ VALORI TIPICITENSIONE DI SCARICA (kV)

D = 2,5 mm, SFERE IEC60 - 70

TENSIONE DI SCARICA AD IMPULSO (kV)D = 25 mm, PUNTA PIANO

140 - 160

COS (90 °C) 1 - 5 10-3

RESISTIVITÀ (G m, 90 °C) 20 - 2000PERMITTIVITÀ (90 °C) 2,1 - 2,5

IDROCARBURI DI SINTESI IDROCARBURI DI SINTESI

Si possono avere: Idrocarburi olefinici Idrocarburi alchil- aromatici

Presentano una composizione più riproducibile e una chimica più semplice degli oli minerali rispetto ai quali hanno caratteristiche dielettriche migliori.

Si possono avere: Idrocarburi olefinici Idrocarburi alchil- aromatici

Presentano una composizione più riproducibile e una chimica più semplice degli oli minerali rispetto ai quali hanno caratteristiche dielettriche migliori.

PROPRIETÀ DIELETTRICHE DI IDROCARBURI DI SINTESI

PROPRIETÀ DIELETTRICHE DI IDROCARBURI DI SINTESI

PROPRIETÀ OLEFINE ALCHIL-BENZENITENSIONE DI SCARICA (kV)

D = 2,5 mm, SFERE IEC> 80 > 80

TENSIONE DI SCARICA AD IMPULSO (kV) D = 25 mm, PUNTA PIANO

- 90 (+)312 (- )

COS (90 °C) 6 10-3 - 3 10-5 4 10-4

RESISTIVITÀ (T m, 90 °C) 1,0COSTANTE DIELETTRICA (90 °C) 2,1 - 2,3 2,15

OLI SILICONICI ED ESTERI ORGANICIOLI SILICONICI ED ESTERI ORGANICI

Gli oli siliconici sono derivati dalla chimica del silicio, con elevata stabilità termica e temperatura di infiammabilità > 340 °C.

Hanno costante dielettrica pari a 2,7 - 3 Le loro caratteristiche dielettriche sono paragonabili a

quelle degli oli minerali. Gli esteri organici hanno caratteristiche dielettriche

meno buone degli oli isolanti. Presentano, invece, ottima stabilità termica e costante

dielettrica più elevata (2,9 - 4,3).

Gli oli siliconici sono derivati dalla chimica del silicio, con elevata stabilità termica e temperatura di infiammabilità > 340 °C.

Hanno costante dielettrica pari a 2,7 - 3 Le loro caratteristiche dielettriche sono paragonabili a

quelle degli oli minerali. Gli esteri organici hanno caratteristiche dielettriche

meno buone degli oli isolanti. Presentano, invece, ottima stabilità termica e costante

dielettrica più elevata (2,9 - 4,3).

PROPRIETÀ DIELETTRICHE DI UN OLIO SILICONICO

PROPRIETÀ DIELETTRICHE DI UN OLIO SILICONICO

PROPRIETÀ VALORI TIPICITENSIONE DI SCARICA 50 Hz (kV)

D = 2,5 mm, SFERE IEC (prima scarica)35 - 60

TENSIONE DI SCARICA 50 Hz (kV)D = 2,5 mm, SFERE IEC (seconda-sesta scari-

ca)

10 - 16

TENSIONE DI SCARICA AD IMPULSO (kV) D = 12,5 mm, negativa

positiva27080

Tan (90 °C) 1 10-4

RESISTIVITÀ (T m, 90 °C) 0,5 - 1PERMITTIVITÀ (90 °C) 2,7

È molto utile la verifica annuale degli olii con una prova di rigidità dielettrica. Se è troppo bassa si verifica la causa

se c’è contaminazione di acqua si provvede ad una separazione mediante centrifugazione (l’acqua pesa di più dell’olio)

Se ci sono troppi prodotti di degradazione dell’olio si provvede alla sua sostituzione (olio esausto)

È molto utile la verifica annuale degli olii con una prova di rigidità dielettrica. Se è troppo bassa si verifica la causa

se c’è contaminazione di acqua si provvede ad una separazione mediante centrifugazione (l’acqua pesa di più dell’olio)

Se ci sono troppi prodotti di degradazione dell’olio si provvede alla sua sostituzione (olio esausto)

SISTEMI DI ISOLAMENTO IMPREGNATI CON GAS O LIQUIDI

SISTEMI DI ISOLAMENTO IMPREGNATI CON GAS O LIQUIDI

La forte dipendenza dalle impurità delle caratteristiche dielettriche di isolamenti gassosi o liquidi suggerisce di interporre barriere isolanti solide fra parti a diverso potenziale per ottenere migliori prestazioni.

In pratica si effettuano nastrature intorno all’elemento in tensione utilizzando due possibili tipologie di materiali:

nastri porosi realizzati con carta naturale, cotone elettrovetro (daglas) o polimerici (Kapton a base di poliimmidica, Teflon).

nastri ottenuti da film polimerici microcorrugati su una faccia

La forte dipendenza dalle impurità delle caratteristiche dielettriche di isolamenti gassosi o liquidi suggerisce di interporre barriere isolanti solide fra parti a diverso potenziale per ottenere migliori prestazioni.

In pratica si effettuano nastrature intorno all’elemento in tensione utilizzando due possibili tipologie di materiali:

nastri porosi realizzati con carta naturale, cotone elettrovetro (daglas) o polimerici (Kapton a base di poliimmidica, Teflon).

nastri ottenuti da film polimerici microcorrugati su una faccia

I nastri microcorrugati contribuiscono alla tenuta dielettrica del sistema sia con azione di filtraggio che con la creazione di barriere ad elevata rigidità dielettrica.

È fondamentale un accurato filtraggio, degasaggio ed essicamento del fluido, effettuato con centrifugazione e filtrazione a caldo dell’olio.

È necessario che queste operazioni vengano effettuate sottovuoto.

Si usano per cavi MT ed AT, trasformatori, condensatori, passanti.

I nastri microcorrugati contribuiscono alla tenuta dielettrica del sistema sia con azione di filtraggio che con la creazione di barriere ad elevata rigidità dielettrica.

È fondamentale un accurato filtraggio, degasaggio ed essicamento del fluido, effettuato con centrifugazione e filtrazione a caldo dell’olio.

È necessario che queste operazioni vengano effettuate sottovuoto.

Si usano per cavi MT ed AT, trasformatori, condensatori, passanti.

SISTEMI DI ISOLAMENTO IMPREGNATI CON LIQUIDI O GAS ISOLANTI

SISTEMI DI ISOLAMENTO IMPREGNATI CON LIQUIDI O GAS ISOLANTI

La maggior parte dei trasformatori, specialmente quelli di grande potenza, adottano sistemi di isolamento costituiti da barriere porose in carta cellulosica, impregnate con olio minerale, costituito da idrocarburi aciclici.

Si hanno anche numerosi esempi di trasformatori di distribuzione impregnati con liquidi isolanti di sintesi o con oli di tipo siliconico.

Si hanno infine alcuni esempi di macchine impregnate con esafluoruro di zolfo.

La maggior parte dei trasformatori, specialmente quelli di grande potenza, adottano sistemi di isolamento costituiti da barriere porose in carta cellulosica, impregnate con olio minerale, costituito da idrocarburi aciclici.

Si hanno anche numerosi esempi di trasformatori di distribuzione impregnati con liquidi isolanti di sintesi o con oli di tipo siliconico.

Si hanno infine alcuni esempi di macchine impregnate con esafluoruro di zolfo.

Il sistema isolante carta-olio è quello più affidabile per le apparecchiature in alta ed altissima tensione (trasformatori, isolatori passanti, cavi). Esso consiste in carta o cartone di cellulosa pura accuratamente impregnata di olio isolante:

la carta è un materiale molto poroso che contiene al suo interno aria e altri gas; può avere quindi una bassa rigidità dielettrica; la scarica nell’olio è agevolata dai movimenti del fluido provocati anche dal campo elettrico;

L’unione dei due materiali permette di avere prestazioni superiori a quelle dei singoli componenti

l’olio riempie le porosità e le cavità gassose della carta impedendo l’innesco della scarica nei gas

la carta agisce da barriera, impedendo i movimenti dell’olio che agevolano il processo di scarica

Sistema isolante carta-olioSistema isolante carta-olio

Perché il sistema carta-olio funzioni è necessario che l’olio impregni bene la carta, e le prestazioni sono maggiori quanto più accurato è il processo di impregnazione.

La rigidità dielettrica del sistema dipende quindi molto da

le modalità (tempi, temperature, ecc.) del processo di impregnazione;

il contenuto di gas e di umidità ancora presenti al termine di tale processo;

la presenza di impurezze e di prodotti del deterioramento determinato dai processi d’invecchiamento;

la complessità del processo di scarica nei liquidi che risente dei movimenti fluidodinamici provocati anche dal campo elettrico applicato.

la forma d’onda della tensione applicata e dalla geometria degli elettrodi (molto complessa in una macchina).

La rigidità dielettrica dipende quindi da fattori difficilmente valutabili ed i risultati sperimentali hanno una notevole dispersione.Per tutto questo è possibile dare solo valori indicativi che possono variare ampiamente nei vari nei singoli casi particolari.

Rigidità dielettrica del sistema carta-olio

d

carta: fra piattine

Tensione di scarica a 50 Hz (kVeff) per una isolamento carta-olio

100

150

50

01 5 6 73 420

50 Hz (kVeff)

d (mm)

300

200

100

1/50 (kVc) 1/50

50 Hz

• La tenuta all’impulso atmosferico è superiore a quella a frequenza industriale;

• le sovratensione atmosferiche hanno però valore di cresta molto più elevato

• il dimensionamento dell’isolamento è determinato dalle prove all’impulso atmosferico

• La tenuta all’impulso atmosferico è superiore a quella a frequenza industriale;

• le sovratensione atmosferiche hanno però valore di cresta molto più elevato

• il dimensionamento dell’isolamento è determinato dalle prove all’impulso atmosferico

0

20

60

40

80

100

02 4 6 8

Umidità (%)

Er

(%)

Riduzione della rigidità dielettrica di un isolamento carta-olio in funzione dell’umidità assorbita

L’umidità assorbita da un isolamento carta-olio: riduce la rigidità dielettrica riduce il tempo di vita operativa favorisce l’insorgere di scariche parziali

Effetto dell’umidità

Criterio di guasto: 50% della rottura a trazione della carta

10

30

20

40

50

21 3 4 5 6

Umidità percentuale per peso a secco (%)

tv

(anni)

Riduzione del tempo di vita dell’isolamento in carta-olio di un trasformatore in funzione dell’umidità

le impurità e le particelle sospese vengono eliminate con operazioni di filtraggio

l’umidità viene ridotta con trattamenti di essicazione e degasificazione a caldo che si possono prolungare per alcune settimane

tuttavia una elevata temperatura provoca un processo di decomposizione della carta che origina gas e acqua

non è quindi pensabile di ottenere strutture isolanti completamente esenti da umidità o gas, ma è solamente possibile ridurne il contenuto entro limiti ragionevoli

Prima della messa in servizio di un trasformatore, di solito debbono essere verificate le seguenti condizioni relative all’olio presente nella cassa:

10mParticelle residue di diametro

50 kVTensione di scarica (*)

0,25%Contenuto totale di gas

10 p.p.mContenuto totale d’acqua

(*) sfere ø = 10 mm, d = 2,5 mm

Film di carta (tipo Kraft)

Cartoni per l’isolamento di un avvolgimento

Isolamenti in carta per trasformatori

Isolamento in carta di un trasformatore trifase - 1986 (prima dell’impregnazione con olio)

Inserimento della parte attiva isolata in carta nella cassa dell’olio – trasformatore

da 8 MVA - 1922

Trasformatori isolati in carta olio

AVVOLGIMENTI PER BASSA TENSIONE (<500-1000 V)AVVOLGIMENTI PER BASSA TENSIONE (<500-1000 V)

Gli avvolgimenti di bassa tensione possono essere a spirale semplice o multipla o a eventualmente costituiti da una spirale a più principi posti in parallelo.

Gli avvolgimenti di bassa tensione possono essere a spirale semplice o multipla o a eventualmente costituiti da una spirale a più principi posti in parallelo.

A SPIRALE SEMPLICE A SPIRALE MULTIPLA

Per rendere meccanicamente compatta la struttura si inseriscono, in testata, gli anelli di livellamento di base

ht altezza di una spira.

Per rendere meccanicamente compatta la struttura si inseriscono, in testata, gli anelli di livellamento di base

ht altezza di una spira.

GLI AVVOLGIMENTI

Gli avvolgimenti sono realizzati in rame o, più spesso, in alluminio (meno costoso e meno pesante, con una conducibilità di poco inferiore al rame).

L’avvolgimento viene realizzato con l’ausilio di speciali macchine bobinatrici che avvolgono il conduttore su un apposito supporto a forma di cilindro cavo, che verrà poi infilato su una colonna del trasformatore.

Possono essere in filo tondo ma, dato che le correnti sono piuttosto elevate, si realizzano in piattina

Trasposizioni In pratica la necessità di ridurre le perdite addizionali obbliga quasi sempre ad adottare avvolgimenti trasposti. La trasposizione rende uniformi le perditeLo schema di trasposizione più frequentemente adottato è il tipo Rœbel.

Possono essere in filo tondo ma, dato che le correnti sono piuttosto elevate, si realizzano in piattina

Trasposizioni In pratica la necessità di ridurre le perdite addizionali obbliga quasi sempre ad adottare avvolgimenti trasposti. La trasposizione rende uniformi le perditeLo schema di trasposizione più frequentemente adottato è il tipo Rœbel.

1 2 3 4

2 3 4 1

3 4 1 2

4 1 2 3

5 4 3

1 2

4 3 2

5 1

3 2 1

4 5

2 1 5

3 4

1 5 4

2 3

SCHEMA DITRASPOSIZIONETIPO ROEBEL

SCHEMA DITRASPOSIZIONETIPO ROEBEL

SCHEMA DI TRASPOSIZIONEPER AVVOLGIMENTODI BASSA TENSIONE

SCHEMA DI TRASPOSIZIONEPER AVVOLGIMENTODI BASSA TENSIONE

Con la trasposizione ogni fase è sottoposta allo stesso regime di campo, rendendo con ciò uniformi le perdite ed, in fase di progetto, non è necessario introdurre dei coefficienti per tener conto delle dissimmetrie

Con la trasposizione ogni fase è sottoposta allo stesso regime di campo, rendendo con ciò uniformi le perdite ed, in fase di progetto, non è necessario introdurre dei coefficienti per tener conto delle dissimmetrie

AVV. B.T. IN FOGLIO PER I CAST RESINAVV. B.T. IN FOGLIO PER I CAST RESIN

COLLARI ISOLANTI

FOGLIO CONDUTTORE

ISOLAMENTO IN NOMEXO PREPREG

Preparazione di conduttori in nastro di rame per l’avvolgimento di un trasformatore

AVVOLGIMENTO B.T. IN FOGLIOAVVOLGIMENTO B.T. IN FOGLIO

COLLARI ISOLANTI INCARTA ARAMIDICA

FOGLIO CONDUTTOREIN ALLUMINIO

ISOLAMENTO IN CARTA ARAMIDICA2 STRATI 0,08 mm

12mm

Il tutto viene inserito in apposite forme per la colata di resina

AVVOLGIMENTO MULTI-STRATO BT (2 o 3)AVVOLGIMENTO MULTI-STRATO BT (2 o 3)

1

Sia 1 lo spessore dell’avv. BT.

1=(d+c+a)ns-c dove

d è lo spessore del cartone isolantec “ del canale di raff.a “ lordo del conduttorens è il numero di strati

Sia 1 lo spessore dell’avv. BT.

1=(d+c+a)ns-c dove

d è lo spessore del cartone isolantec “ del canale di raff.a “ lordo del conduttorens è il numero di strati

d c aSia N1 in numero di spire BT

Le spire di una colonna sono n1=N1/ns

Se b è lo spessore lordo della piattina, s è lo spessore del canale di raffreddamento allora l’altezza dell’avvolgimento è:

h1=n1(b+2s)-2s

Sia N1 in numero di spire BT

Le spire di una colonna sono n1=N1/ns

Se b è lo spessore lordo della piattina, s è lo spessore del canale di raffreddamento allora l’altezza dell’avvolgimento è:

h1=n1(b+2s)-2s

Se le spire sono appoggiate una all’altra si considera un aumento di spessore del 3% (1.03) per tenere conto del non perfetto appoggio

Lo spessore dei cartoncini di BT è limitato a 0.1 - 0.5 mm perché non deve tenere sollecitazioni elettriche

Deve evitare che i difetti presenti nel raffreddante corto-circuitino le spire e che le vibrazioni non danneggino la ricopertura dei conduttori

Il multistrato è facilmente raffreddabile perché consente di aumentare le superfici di scambio termico

Se le spire sono appoggiate una all’altra si considera un aumento di spessore del 3% (1.03) per tenere conto del non perfetto appoggio

Lo spessore dei cartoncini di BT è limitato a 0.1 - 0.5 mm perché non deve tenere sollecitazioni elettriche

Deve evitare che i difetti presenti nel raffreddante corto-circuitino le spire e che le vibrazioni non danneggino la ricopertura dei conduttori

Il multistrato è facilmente raffreddabile perché consente di aumentare le superfici di scambio termico

AVVOLGIMENTO A FILO PER BTAVVOLGIMENTO A FILO PER BT

Filo

Sezione avv. A filo

Sono utilizzati fino a che la potenza lo consente (limite per le sezioni di Sc=5 mm2)

Oltre non si va per:

ingombri eccessivi dovuti ai vuoti inutilizzabili

fenomeni di addensamento di corrente

difficile lavorabilità

Sono utilizzati fino a che la potenza lo consente (limite per le sezioni di Sc=5 mm2)

Oltre non si va per:

ingombri eccessivi dovuti ai vuoti inutilizzabili

fenomeni di addensamento di corrente

difficile lavorabilità

AVVOLGIMENTI PER ALTA TENSIONEAVVOLGIMENTI PER ALTA TENSIONE

Sono normalmente a bobine (o gallette), con anello diffusore per migliorare il comportamento delle prime spire alle sollecitazioni impulsive.

Talvolta per tensioni dell’ordine delle decine di kV si usano avvolgimenti a spirale semplice.

Per tensioni da 100 kV in su si usano avvolgimenti con accorgimenti tali da ottimizzare il loro comportamento in presenza di sovratensioni di origine atmosferica (a spire interposte o a strati).

Sono normalmente a bobine (o gallette), con anello diffusore per migliorare il comportamento delle prime spire alle sollecitazioni impulsive.

Talvolta per tensioni dell’ordine delle decine di kV si usano avvolgimenti a spirale semplice.

Per tensioni da 100 kV in su si usano avvolgimenti con accorgimenti tali da ottimizzare il loro comportamento in presenza di sovratensioni di origine atmosferica (a spire interposte o a strati).

AVVOLGIMENTI A BOBINA PER ATAVVOLGIMENTI A BOBINA PER AT

Quando si superano i 2000 - 3000 V è preferibile passare agli avvolgimenti a bobine. Questo viene favorito dalla relativamente bassa I2n ed elevato N2 che si ha in AT

fare si che l’isolamento permetta l’impiego di elevatissime tensioni

Quando si superano i 2000 - 3000 V è preferibile passare agli avvolgimenti a bobine. Questo viene favorito dalla relativamente bassa I2n ed elevato N2 che si ha in AT

fare si che l’isolamento permetta l’impiego di elevatissime tensioni

creare dei canali di raffreddamento che attraversino il nucleo dell’avvolgimento equilibrare le sollecitazioni unitarie nelle varie sezioni del trasformatore

creare dei canali di raffreddamento che attraversino il nucleo dell’avvolgimento equilibrare le sollecitazioni unitarie nelle varie sezioni del trasformatore

Per garantire il flusso del fluido refrigerante prevedo dei canali interbobina di 3 - 5 mm

si avvolge il conduttore a strati.

Il numero degli strati deve essere dispari perché viene favorita la simmetria

Se gli strati sono molti, inserisco dei fogli di isolante per evitare il contatto elettrico tra spire di diversa tensione (200 V max.)

Se il n. di strati è eccessivo si divide la bobina in sezioni interne separate da un cartone di rinforzo meccanico ed elettrico

Per garantire il flusso del fluido refrigerante prevedo dei canali interbobina di 3 - 5 mm

si avvolge il conduttore a strati.

Il numero degli strati deve essere dispari perché viene favorita la simmetria

Se gli strati sono molti, inserisco dei fogli di isolante per evitare il contatto elettrico tra spire di diversa tensione (200 V max.)

Se il n. di strati è eccessivo si divide la bobina in sezioni interne separate da un cartone di rinforzo meccanico ed elettrico

Le sezioni devono essere simmetriche e si realizzano prendendo una semi bobina, ribaltandola in modo che l’uscita di una sia subito affacciata all’ingresso dell’altra, dalla stessa parte

Le bobine vengono nastrate con cotone in modo da conferire robustezza meccanica.

Nei Cast-Resin, le bobine vengono incapsulate in resina

Nei raffreddamenti a liquido, il cotone è da preferirsi per la sua capacità di far circolare il liquido

Ogni bobina deve tenere circa 2500 - 3000 Val massimo

Le sezioni devono essere simmetriche e si realizzano prendendo una semi bobina, ribaltandola in modo che l’uscita di una sia subito affacciata all’ingresso dell’altra, dalla stessa parte

Le bobine vengono nastrate con cotone in modo da conferire robustezza meccanica.

Nei Cast-Resin, le bobine vengono incapsulate in resina

Nei raffreddamenti a liquido, il cotone è da preferirsi per la sua capacità di far circolare il liquido

Ogni bobina deve tenere circa 2500 - 3000 Val massimo

TrasposizioniAnche le bobine di AT devono essere realizzate le trasposizioni di conduttori per limitare le dissimmetrie geometriche che provocano dissimmetrie elettriche e disuniformità di perdite

TrasposizioniAnche le bobine di AT devono essere realizzate le trasposizioni di conduttori per limitare le dissimmetrie geometriche che provocano dissimmetrie elettriche e disuniformità di perdite

AVVOLGIMENTI A. T. PER TRASFORMATORI INGLOBATI IN RESINA TERMOINDURENTE

AVVOLGIMENTI A. T. PER TRASFORMATORI INGLOBATI IN RESINA TERMOINDURENTE

RESINA

NASTRO INMETALLO(Cu, Al)

FILMISOLANTE

RESINA

FILO SMALTATO

FILMISOLANTE

AVVOLGIMENTO A. T. INGLOBATO IN RESINA TERMOINDURENTE

AVVOLGIMENTO A. T. INGLOBATO IN RESINA TERMOINDURENTE

RESINA EP

NASTRO INMETALLO(Cu, Al)

FILMISOLANTE

5 mm

5 mm5 mm

6 mm

2 strati PET0,025 mm

AVVOLGIMENTO A DISCHI CON CONDUTTORI IN PIATTINA ISOLATA

AVVOLGIMENTO A DISCHI CON CONDUTTORI IN PIATTINA ISOLATA

ANELLO DIFFUSORE

PIATTINA ISOLATA

AVVOLGIMENTI A STRATI PER A. T.AVVOLGIMENTI A STRATI PER A. T.

V2 V1

V12

V

x

Tra le bobine di alta e di bassa vengono inseriti dei distanziatori isolanti per impedire che le impurità del liquido/gas di raffreddamento creino dei corti.

Sono da prevedere dei canali di raffreddamento

Tra le bobine di alta e di bassa vengono inseriti dei distanziatori isolanti per impedire che le impurità del liquido/gas di raffreddamento creino dei corti.

Sono da prevedere dei canali di raffreddamento

Queste scelte determinano i diametri interni, esterni e medi degli avvolgimenti

Queste scelte determinano i diametri interni, esterni e medi degli avvolgimenti

Altezza h (mm) Canale di raffreddamento (mm)

< 300 5300 – 350 5.5350 - 400 6400 – 450 6.5450 – 500 7500 - 600 8

Tra uno strato e l’altro deve essere previsto un canale di raffreddamento

La tenuta e la canalizzazione sono assicurate da separatori di legno trattato, vetroresina o plastica

Per correnti nominali In<2500 A

Tra uno strato e l’altro deve essere previsto un canale di raffreddamento

La tenuta e la canalizzazione sono assicurate da separatori di legno trattato, vetroresina o plastica

Per correnti nominali In<2500 A

ANCORAGGI DEGLI AVVOLGIMENTIANCORAGGI DEGLI AVVOLGIMENTI

I serraggi possono essere rigidi o elastici

Tra le viti di serraggio e le bobine vengono inseriti dei distanziatori di legno, vetroresina o acciaio (anello aperto) che hanno lo scopo di distribuire le forze di tenuta su tutto l’avvolgimento

I serraggi possono essere rigidi o elastici

Tra le viti di serraggio e le bobine vengono inseriti dei distanziatori di legno, vetroresina o acciaio (anello aperto) che hanno lo scopo di distribuire le forze di tenuta su tutto l’avvolgimento

VERIFICA DEL GRADIENTE ELETTRICOVERIFICA DEL GRADIENTE ELETTRICO

Lo spessore dei materiali isolanti viene calcolato o verificato tenendo conto di un coefficiente di sicurezza che può variare tra 0.4 - 0.6 (Veff=KsEr)

Es.: considero un tratto di trasformatore dalla superficie unitaria

Lo spessore dei materiali isolanti viene calcolato o verificato tenendo conto di un coefficiente di sicurezza che può variare tra 0.4 - 0.6 (Veff=KsEr)

Es.: considero un tratto di trasformatore dalla superficie unitaria

Avvolgimento

esterno

Lama di

aria

Parete del cassone

Olio isolante

Isolante Solido

La tensione sia Vp=21KV

X1=0.1 mm di aria (r=1, Er=2.5 kV/mm)

X2=3 mm di carta impregnata di olio (r=4.5, Er=30kV/mm)

X3=7 mm di olio refrigerante (r=2.5, Er=15kVmm)

La tensione sia Vp=21KV

X1=0.1 mm di aria (r=1, Er=2.5 kV/mm)

X2=3 mm di carta impregnata di olio (r=4.5, Er=30kV/mm)

X3=7 mm di olio refrigerante (r=2.5, Er=15kVmm)x3x2x1

Verifichiamo se i gradienti effettivi sono al di sotto della soglia di sicurezza

Verifichiamo se i gradienti effettivi sono al di sotto della soglia di sicurezza

p21

21 V

CC

CV

Considero due condensatori a facce piane e parallele con la stessa superfice s, diversi spessori e diversi materiali isolanti. Se Vp è la tensione di prova, la tensione ai capi dei condensatori è

Considero due condensatori a facce piane e parallele con la stessa superfice s, diversi spessori e diversi materiali isolanti. Se Vp è la tensione di prova, la tensione ai capi dei condensatori è

p21

12 V

CC

CV

p

2

2

1

1

2

2

1 V

xs

xs

xs

V

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2

2

1

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1

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xs

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V

]xx

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2

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2

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p

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Allo stesso modo

]x

[

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j

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In generale

]xx

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Vg

2

2

1

12

p2

Esempio 1: solo isolante ed olioEsempio 1: solo isolante ed olio

mm/kV2.1cm/kV12]

5.27.0

5.43.0

[5.4

21000g2

mm/kV42.2cm/kV2.24]

5.27.0

5.43.0

[5.2

21000g3

Ho un gradiente di 1.23 kV/mm per la carta per una rigidità di 30 ed un gradiente di 2.42 kV/mm per l’olio che tiene fino a 15 kV/mm. L’isolamento è sovra dimensionato ed andrebbe ridotto (a

meno di problemi meccanici o tecnologici)

Ho un gradiente di 1.23 kV/mm per la carta per una rigidità di 30 ed un gradiente di 2.42 kV/mm per l’olio che tiene fino a 15 kV/mm. L’isolamento è sovra dimensionato ed andrebbe ridotto (a

meno di problemi meccanici o tecnologici)

Esempio 2: c’è anche la lama di aria di 0.1 mm con solido ed olioEsempio 2: c’è anche la lama di aria di 0.1 mm con solido ed olio

mm/kV7.4cm/kV47

5.27.0

5.43.0

11.0

1

21000

]x

[

Vg

j

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pi

Per l’aria ho un gradiente di 4.7 kV/mm effettivo per una rigidità di 2.5. L’aria non tiene il campo impresso e scarica. Si generano così scariche parziali nel sistema isolante che ne riducono la vita

Per l’aria ho un gradiente di 4.7 kV/mm effettivo per una rigidità di 2.5. L’aria non tiene il campo impresso e scarica. Si generano così scariche parziali nel sistema isolante che ne riducono la vita