Curiosando: trasformatore di media tensione

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Alvaro
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Curiosando: trasformatore di media tensione

Messaggio da Alvaro »

Quando a casa usiamo una apparecchiatura alimentata a corrente o al cinema pigiamo un bottone e cominciamo a proiettare, sappiamo che cio' avviene in virtu' dell'energia elettrica. Monofase con un valore di punta di 235 Volt a casa, e trifase con valori di punta sui 390/400 Volt al cinema. Se ci poniamo per un attimo la domanda "Da dove arriva la corrente elettrica?" ci rispondiamo semplicisticamente "dal contatore" o "dall'interruttore principale". Giusto, e' vero. Ma solo nella fase finale, cioe' al consumo, ossia all'utilizzatore. Percorrendo anche solo mentalmente un attimo a ritroso il tragitto, si incapperebbe piu' o meno in questo percorso tipico (tralasciando le linee di condotta):

Utilizzatore < contatore < trasformatore di bassa/media < trasformatore di media/media < trasformatore di media/alta < trasformatore di alta/media < generatore.

Alle nostre case arrivano due fili: una fase e il neutro. Nella cabina di proiezione, ad esempio, arrivano quattro fili: tre fasi e il neutro.

Se seguissimo a marcia indietro questi fili, qualunque percorso essi facciano, finiremo inevitabilmente per imbatterci in un trasformatore: il trasformatore di media tensione. Si, e' proprio questa macchina elettrica che ci fornisce l'energia che fa funzionare il nostro televisore, o la lavatrice, ecc, nelle case e che fa funzionare la nostra cabina di proiezione al cinema.

All'atto dell'installazione, pero', tale trasformatore necessita della ripartizione del carico: ossia si cerca di collegare un certo numero di utenze ( che sommate assieme costituiscono il carico) in maniera tale che su ogni colonna del trasformatore sia presente piu' o meno lo stesso carico. Lo schemino sotto chiarisce il concetto di ripartizione del carico.

esempio ripartizione del carico:Immagine 13,71 KB

Questi trasformatori, come tutte le altre macchine eletriche, esistono di diverse potenze: dall'ordine di poche decine di Kw (40-50) fino a qualche Mw (megawatt). Per i Gw (gigawatt) siamo gia' in alta tensione.

Fuori dai centri abitati, specialmente in campagna e montagna, si possono vedere questi trasformatori di media direttamente sui pali, mentre nelle citta' o negli agglomerati commerciali e/o industriali e' raro che siano all'aperto, in genere sono ben chiusi in apposite cabine.

Dato che, come detto, hanno potenze note, per alimentare piu' utenze, vuoi distanti fra loro e/o perche' si e' raggiunto il limite di carco su uno di essi, si mettono altri trasformatori. A volte in parallelo tra loro anzicche' uno di potenza piu' grossa (questione di misure d'ingombro), ma per lo piu' se ne mettono altri, destinati, ognuno, ad alimentare un certo numero di utenze (fino al loro carico). Lo schemino seguente e' un esempio di distribuzione alle utenze.

esempio di distribuzione:Immagine 72,25 KB

Quando in un avvolgimento costituito da N1 spire sistemato su un circuito magnetico si applica una tensione comunque variabile V1, nel circuito stesso nasce un flusso magnetico pure esso variabile con la medesima legge della tensione applicata. Se nello stesso circuito magnetico viene disposto un secondo avvolgimento, costituito da N2 spire, queste, venendosi a trovare in presenza di un flusso variabile, diverranno sede di una f.e.m.i. (forza elettro motrice indotta) il cui valore e', per ciascuna spira:

e=k f fi, dove k=costante=4,44

e per le n2 spire sara' V2=N2 e

Una macchina elettrica così costruita prende il nome di trasformatore, poiche' semplicemente disponendo sui due avvolgimenti che lo costituiscono un numero adatto di spire, si puo', applicando ad essi una tensione V1 ottenere ai capi dell'altro una tensione V2. In linea di massima si puo' dire che V1/V2=N1/N2 essendo V1/V2 il cosiddetto rapporto di trasformazione.
Per la trasformazione delle tensioni trifasi non si usano tre trasformatori monofase, cosa peraltro fattibile, ma piu' vantaggiosamente un unico trasformatore trifase; di questo tipo sono infatti quasi tutti i trasformatori impiegati industrialmente. Il circuito magnetico e' costituito da tre colonne verticali e da due traverse orizzontali, dette gioghi, che collegano le colonne; i lamierini che compongono il circuito magnetico sono del tipo al ferro-silicio e a cristalli orientati. Il circuito elettrico comprendente gli avvolgimenti primario e secondario, e' costituito da filo o piattina di rame avvolto in spire sovrapposte separate da materiali isolanti, opportunamente disposte e collegate. Si tenga presente che, industrialmente, le tensioni si dividono in tre-quattro fasce che possiamo cosi' riassumere:

bassa tensione : fino a 3 Kv
media tensione : da 3 a 15 Kv
alta tensione : da 15 a 120 Kv
altissima tensione : da 120 kv fino a 360 Kv

In genere queste fasce vengono così utilizzate:

altissima tensione: per dorsali a lunghissima percorrenza e collegamenti internazionali su linee quasi sempre palificate aeree
alta tensione : per la distribuzione tra centrali di smistamento con tratte a lunga percorrenza e stazioni di trasformazione in media tensione in linee quasi sempre palificate aeree
media tensione : per la distribuzione commerciale dell'energia elettrica su tratte a media e corta percorrenza, su linee palificate aeree fuori dai centri abitati e con cavi speciali in elettrodotti nei centri abitati (cavi, in genere, di colore rosso-violaceo)
Bassa tensione : nella sua forma trifase + neutro (380 v) e' quella che, con tratte a corta percorrenza (in genere non superano, di norma, il mezzo chilometro) arriva fino nelle nostre case o alla nostra attività industriale (ad esempio nella cabina di proiezione).

Questo trasformatore Ha il primario – o entrata - (15 Kv) collegato a triangolo ed il secondario – o uscita – (380 + N) collegato a stella. Comunque: collegamento a triangolo = avvolgimenti in parallelo; collegamento a stella = avvolgimenti in serie. Lo schema seguente chiarisce il concetto. Questo tipo di trasformatore e' “in olio”, ossia il suo “cassone” -corpo- e' riempito di un particolare olio molto fluido e ad alta rigidita' dielettrica, ossia ad alto potere isolante. Invero non c'e' proprio nulla da lubrificare non essendoci parti in rotazione, ma l'olio ha questa doppia funzione: aumentare l'isolamento elettrico interno al trasformatore tra le varie spire degli avvolgimenti, tra gli avvolgimenti stessi, tra la tensione primaria e la carcassa che e' connessa a terra, ecc; in ultimo, data la sua particolare fluidita' circola naturalmente per dislivello termico (per legge fisica un fluido riscaldato ee' piu' leggero dello stesso non riscaldato) salendo in alto nel corpo e ridiscendo, raffreddandosi, attraverso i tubi scambiatori, provvedendo cosi' allo smaltimento del calore che generano gli avvolgimenti in funzione. Per trasformatori oltre una certa potenza la circolazione dell’olio e dell’aria sono di tipo forzato con pompe e ventilatori

collegamento a triangolo e a stella:Immagine 18,58 KB

Ma com'e' fatto questo trasformatore? Se ci e' capitato di aprire il raddrizzatore avremo certamente visto al suo interno il trasformatore trifase, quelle tre colonne piene di fili. Bene, costruttivamente il principio e' analogo, ma scordatevi quella forma. Chi, poi, abita fuori citta', in zone aperte e' facile che ne abbia visto qualcuno “in cima a dei pali”. Comunque, dato che vengono alimentati a 15 Kv (15.000 volt) e che ad avvicinarcisi un po' troppo o toccarli quando sono accesi non lo potremmo poi raccontare, se ne vedete uno ignoratelo a stateci alla larga. Hanno un pessimo carattere: e piu' sale la tensione e piu' il loro carattere peggiora.

“ … per chi l'ha visto e per chi non c'era … “
disse qualcuno (una canzone, credo)

ve lo faccio vedere io. Eccolo, senza veli: nel suo gabbiotto o “cella” acceso ed in funzione e poi sul pavimento, sotto l'obiettivo della macchina fotografica.

nella sua "cella":Immagine 67,44 KB

Ingresso 15 Kv:Immagine 40,88 KB

Uscita della trifase + neutro Immagine 32,92 KB
Si noti che sia la carcassa del trasformatore che il neutro sono collegati a terra. Il neutro (colore identificatvo blu) e' SEMPRE collegato a terra (al trasformatore), salvo casi eccezionali (trasformatori d'isolamento). Ecco perche' mettendo un cercafase sul neutro questo non si accende. (o, perlomeno, non dovrebbe). A parte questo particolare, NON confondete mai il conduttore di neutro (blu) con quello di messa a terra (Giallo-verde) e soprattutto NON collegateli mai assieme (se per caso foste in presenza di un trasformatore d'isolamento = separatore di linea = separatore tra linea fornita e linea erogata combinereste un enorme guaio).

Fuori dalla cellaImmagine 63,49 KB

Ma vediamolo piu' da vicino:

Visto da sopraImmagine 64,69 KB

Parte superiore del trasformatoreImmagine 68,22 KB

Ingresso del 15.000Immagine 56,85 KB
Ecco i "morsetti" dell’avvolgimento primario. Esso e' di tipo “triangolo” . Sulla sommita' di queste “strane” torrette – isolatori – si attestano i cavi dei 15 Kv. Le tre punte che scendono dalla loro sommita' corrispondono ad altrettante punte che salgono da una piattina di rame collegata a terra. Queste punte sono lo scaricatore. Se succede qualcosa all'avvolgimento primario tra loro scocca l'arco.

Uscita trifase 380 + NImmagine 69,43 KB
Ecco i morsetti dell’avvolgimento secondario. Esso e' di tipo “stella” . Il centrostella corrisponde al neutro.
Al centro sono visibili gli occhielli per il sollevamento tramite gru o paranco.

Serbatoio dell'olioImmagine 68,97 KB
Serbatoio dell'olio. E' sia la scorta dell'olio che il vaso di espansione. L'olio si dilata riscaldandosi aumentando di volume. L'olio in eccesso risale nel serbatoio. Quella specie di marmitta che scende e' la valvola di sicurezza: in caso di troppo volume o di ebollizione dell'olio, il volume in eccesso viene sfogato attraverso questa valvola.

TermostatoImmagine 47,15 KB
Il suo elmento sensibile e' immerso nell'olio all'interno del trasformatore. In caso di superamento della temperatura impostata puo' azionare allarmi e/o lo scatto del sezionatore (interruttore) che a sua volta spegne il trasformatore.

Gruppo contrtolli variImmagine 64,27 KB
Questa unita' ha piu' funzioni. Permette un controllo visivo della limpidita' e livello dell'olio; in caso di ebollizione o sovrapressione improvvisa (cortocircuito interno con arco) si "spaccano" i vetrini permettendo una rapida fuga dei vapori e dell'olio in pressione impedendo al cassone del trasformatore di scoppiare; e' un igrometro che controlla costantemente la percentuale di umidità (acqua) presente nell'olio; invia i comandi agli attuatori che azionano allarmi e/o spengono immediatamente il trasformatore.

Fascia tubieraImmagine 68,81 KB
Primo piano della targhetta dei dati del trasformatore e della fascia tubiera di raffreddamento olio. Sono gli scambiatori di calore.


Non crediate pero' che un tale trasformatore possa venir acceso e spento impunemente da un banale e comune interruttore automatico come quelli che siamo consueti manovrare in cabina di proiezione: il suo interruttore automatico e' anch'esso in olio ed e' altrettanto "bizzarro" nella forma quanto il trasformatore.
Per concludere questa "curiosata" ecco quattro foto del suo interruttore automatico:

vista anterioreImmagine 38,22 KB

Vista lateraleImmagine 60,18 KB

Contattori : particolareImmagine 65,3 KB

Contattori : particolare (spia olio)Immagine 56,94 KB

ciao - alvaro

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Tobia
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Curiosando: trasformatore di media tensione

Messaggio da Tobia »

A parte questo particolare, NON confondete mai il conduttore di neutro (blu) con quello di messa a terra (Giallo-verde) e soprattutto NON collegateli mai assieme (se per caso foste in presenza di un trasformatore d'isolamento = separatore di linea = separatore tra linea fornita e linea erogata combinereste un enorme guaio).
Assolutamente vero!
Ho sentito di alcune case che hanno aggiornato l'impianto da 125V a 220V che non hanno cambiato la fase, ma hanno accoppiato un'altra 125V
in pratica:
Fase: +125V
Neutro -125V
Fase-Neutro: 220V

Quindi il neutro non è per niente neutro!!!


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Andrea Rescigno
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Curiosando: trasformatore di media tensione

Messaggio da Andrea Rescigno »

Esistono ancora molti impianti 220V trifase a triangolo, in cui tra fase e fase c'è una ddp di 220V. Quindi, negli impianti domestici non si ha fase e neutro ma due fasi. La 220V trifase a triangolo è illegale, ma in Italia "illegale" è un sinonimo di "opzionale"...

Inoltre, esistono alcune distribuzioni chiamate tn-c, che sta per terra neutro comune, in cui terra e neutro corrono sullo stesso filo, che è di colore giallo-verde con anelli blu. In questo caso, ovviamente, è corretto collegare il filo sia alla terra sia al neutro degli utilizzatori.

Infine, negli impianti trifase a stella a 380V i colori impiegati per i fili sono: nero, grigio e marrone per le tre fasi, blu per il neutro e giallo-verde per la terra. Lo dico caso mai qualcuno si trovasse ad aprire un quadro elettrico e si chiedesse a cosa corrispondono i vari colori.

Andrea

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Tobia
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Curiosando: trasformatore di media tensione

Messaggio da Tobia »

in ogni caso... anche riconoscendo i colori, meglio andare molto cauti.
Si sa che alcuni elettricisti se finiscono il blu mettono... il marrone, il nero, il grigio ecc.
E' assurdo, ma in giro si vede di tutto!



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