Innanzitutto, una correzione critica: termini come “olio per trasformatori a secco” e “serbatoio dell’olio” menzionati nel contenuto originale appartengono a trasformatori immersi in olio, non trasformatori a secco. I trasformatori a secco utilizzano aria/gas come mezzo di raffreddamento e non hanno componenti correlati all'olio. Di seguito è riportata una suddivisione riorganizzata e corretta degli errori dei trasformatori a secco. nucleo del trasformatore componenti (nucleo, avvolgimento, isolamento, commutatore di prese) sulla base di informazioni valide tratte dal contenuto originale.
Contenuti
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1. Nucleo: spina dorsale del circuito magnetico dei trasformatori a secco
Il nucleo è il circuito magnetico chiuso del trasformatore, responsabile della trasmissione del flusso magnetico e della riduzione al minimo delle perdite nel ferro.
1.1 Struttura del nucleo
Esistono due principali tipi strutturali, ma il tipo a nucleo è quello più diffuso per le applicazioni energetiche:
- Tipo di nucleo Nucleo
- Composizione: è costituito da colonne con nucleo di ferro (in cui sono inseriti gli avvolgimenti) e gioghi di ferro (che collegano la parte superiore/inferiore delle colonne del nucleo per chiudere il circuito magnetico).
- Caratteristica principale: il giogo di ferro sostiene solo la parte superiore e inferiore dell'avvolgimento, senza circondarne i lati.
- Vantaggi: struttura semplice, facile assemblaggio degli avvolgimenti e lavorazione dell'isolamento. Ampiamente utilizzato nei trasformatori di potenza domestici a secco (ad esempio, trasformatori di distribuzione della serie SCB).
- Nucleo di tipo Shell
- Caratteristica principale: il giogo di ferro circonda non solo la parte superiore e inferiore dell'avvolgimento, ma anche i suoi lati, formando un "guscio" attorno all'avvolgimento.
- Applicazione: utilizzato solo in scenari speciali (ad esempio, trasformatori a secco per forni elettrici) a causa della complessa produzione e dell'elevato consumo di materiali.
1.2 Materiale di base
I materiali del nucleo danno priorità all'elevata permeabilità magnetica per ridurre la perdita di ferro (isteresi + perdita di correnti parassite):
- Lamiere di acciaio al silicio: L'unico materiale utilizzato per i nuclei dei trasformatori a secco, suddivisi in due categorie:
- Lamiere di acciaio al silicio laminate a caldo: Minore permeabilità magnetica e maggiore perdita unitaria; raramente utilizzato nei moderni trasformatori a secco.
- Lamiere di acciaio al silicio laminate a freddo:
- Vantaggio: maggiore permeabilità magnetica se magnetizzata lungo la direzione di laminazione, perdita unitaria inferiore del 30-50% rispetto ai fogli laminati a caldo.
- Specifiche nazionali: gli spessori più comuni sono 0.35 mm, 0.30 mm e 0.27 mm. I fogli più sottili riducono le perdite per correnti parassite, ma abbassano il fattore di laminazione (grazie al rivestimento di vernice isolante sulla superficie di ogni foglio, che impedisce la conduzione tra i fogli).
- Stato attuale: tutti i trasformatori domestici a secco utilizzano lamiere di acciaio al silicio laminate a freddo per soddisfare gli standard di efficienza energetica (ad esempio, efficienza di Classe 1 secondo GB 20052-2024).
2. Avvolgimento: nucleo del circuito per la conversione di potenza
L'avvolgimento è la parte del circuito elettrico del trasformatore, responsabile dell'immissione (primaria) e dell'uscita (secondaria) della corrente alternata.
2.1 Materiali di avvolgimento
Realizzato con fili conduttivi isolati, con due opzioni comuni:
- Fili di rame: Fili di rame smaltati o fili di rame avvolti in carta (purezza ≥99.95%). Vantaggi: bassa resistività (bassa perdita di carico), elevata resistenza meccanica e buona resistenza al calore, adatti per trasformatori ad alta efficienza e grande capacità.
- Fili di alluminio: Fili di alluminio smaltati o fili di alluminio avvolti in carta. Vantaggi: costo inferiore; svantaggi: maggiore resistività (maggiore perdita di carico) e minore resistenza meccanica; utilizzati in scenari di piccola capacità e con costi contenuti.
2.2 Disposizione degli avvolgimenti
Classificati in base alla posizione relativa degli avvolgimenti ad alta tensione (AT) e bassa tensione (BT):
- Avvolgimento concentrico (Più comune)
- Disposizione: gli avvolgimenti AT e BT sono inseriti concentricamente sulla colonna con nucleo di ferro.
- Posizione dell'avvolgimento LV: posizionato vicino alla colonna del nucleo, riduce i requisiti di isolamento tra l'avvolgimento e il nucleo (la tensione LV è bassa, quindi è necessario un isolamento più sottile).
- Avvolgimento sovrapposto (Nota: "Diamond-stacked" nel contenuto originale è un termine improprio)
- Disposizione: gli avvolgimenti AT e BT sono disposti a strati lungo la direzione assiale del giogo di ferro, sovrapponendosi tra loro.
- Posizione dell'avvolgimento LV: posizionato vicino al giogo di ferro, riduce al minimo la distanza di isolamento tra l'avvolgimento e il giogo, riducendo l'altezza complessiva del trasformatore.
- Applicazione: Adatto per trasformatori con limiti di altezza rigorosi (ad esempio, sottostazioni sotterranee).
3. Isolamento: fondamentale per la sicurezza elettrica
L'isolamento del trasformatore a secco previene i cortocircuiti tra gli avvolgimenti, tra gli avvolgimenti e il nucleo e deve resistere al calore e all'umidità.
3.1 Materiali isolanti comuni (correzione dell'errore "olio per trasformatori a secco")
I trasformatori a secco utilizzano materiali isolanti solidi/gassosi, non olio. I materiali principali includono:
- Resina epossidica: Utilizzato per la fusione di avvolgimenti (ad esempio, trasformatori a secco in resina fusa). Vantaggi: elevata rigidità dielettrica, resistenza all'umidità e resistenza al calore (isolamento di classe F/H).
- Carta isolante: Avvolto attorno ai fili per isolare spire/strati (ad esempio, carta crespa, carta per cavi). Richiede compatibilità con alte temperature (≥155°C per la Classe F).
- Fibra di vetro: Rinforza l'isolamento in resina epossidica, migliorando la resistenza meccanica e la dissipazione del calore.
- Gomma di silicone: Utilizzato per boccole di piombo e parti di isolamento esterno, resistente all'invecchiamento e all'umidità.
3.2 Funzione di isolamento
- Previene i cortocircuiti tra spire, tra strati e tra avvolgimento e nucleo.
- Resiste a temperature di esercizio a lungo termine (fino a 180°C per l'isolamento di classe H) senza degradarsi.
4. Commutatore di prese: per una regolazione stabile della tensione
I commutatori di presa regolano il numero di giri degli avvolgimenti per stabilizzare la tensione di uscita, gestendo le fluttuazioni della tensione di rete.
4.1 Principio di regolazione della tensione
Prese di corrente (diverse posizioni di spira) su un avvolgimento (solitamente ad alta tensione). Tagliando o aggiungendo spire si modifica il rapporto di spira dell'avvolgimento, regolando così la tensione di uscita.
4.2 Perché le prese sono impostate sugli avvolgimenti HV
- Uscita facile: Gli avvolgimenti AT sono spesso rivestiti esternamente agli avvolgimenti BT, rendendo più facile l'accesso ai cavi di presa.
- Vantaggio di piccola corrente: La corrente sul lato HV è inferiore (I ∝ 1/U), quindi i cavi di derivazione e i contatti dell'interruttore hanno sezioni trasversali più piccole, semplificando la produzione.
4.3 Tipi di commutatori
- Commutatore di prese senza eccitazione
- Funzionamento: la regolazione della tensione è possibile solo quando il trasformatore è scarico (primario scollegato dalla rete, secondario senza carico).
- Applicazione: Adatto per carichi stabili (ad esempio reti di distribuzione rurali con piccole fluttuazioni del carico).
- Commutatore sotto carico (OLTC)
- Funzionamento: regola le prese senza scollegare il carico, consentendo la stabilizzazione della tensione in tempo reale.
- Applicazione: Adatto a reti con carichi variabili (ad esempio, parchi industriali, aree commerciali urbane).
5. Promemoria chiave: i serbatoi dell'olio appartengono ai trasformatori immersi in olio
Il "serbatoio dell'olio" menzionato nel testo originale è esclusivo dei trasformatori immersi in olio (utilizzati per contenere l'olio isolante). I trasformatori a secco non hanno serbatoi dell'olio: il nucleo e gli avvolgimenti sono aperti (raffreddati ad aria) o sigillati in un armadio metallico (con raffreddamento ad aria/gas), quindi i componenti relativi all'olio non devono essere confusi con le strutture dei trasformatori a secco.
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