Cosa c'è dentro un trasformatore di potenza?
All'interno di un trasformatore di potenza, le principali parti attive sono il nucleo magnetico, gli avvolgimenti, l'isolamento e le connessioni elettriche tra loro. Il nucleo guida il flusso magnetico alternato, mentre gli avvolgimenti trasferiscono l'energia elettrica attraverso l'induzione elettromagnetica. In un trasformatore in olio, questo gruppo attivo è alloggiato in una vasca contenente liquido isolante, boccole e dispositivo di raffreddamento. A seconda del modello possono essere montati anche dispositivi di commutazione e monitoraggio.
Non tutti i trasformatori hanno la stessa struttura. I trasformatori a secco utilizzano un isolamento e una disposizione della custodia diversi rispetto alle unità a bagno d'olio e le apparecchiature opzionali variano in base alla potenza nominale e al servizio. Comprendere i componenti aiuta l'acquirente a leggere le specifiche elettriche, ma non stabilisce la configurazione di una particolare unità. Per i progetti di distribuzione integrata, JSGK fornisce una panoramica dei trasformatori come riferimento insieme alle famiglie di prodotti di sottostazioni e quadri, non come prova della produzione di trasformatori autonomi.
Il nucleo magnetico: un percorso per il flusso alternato
Il nucleo di un trasformatore fornisce un percorso magnetico a bassa riluttanza che collega gli avvolgimenti. È comunemente costruito da laminazioni isolate di materiale magnetico anziché da un blocco metallico solido. Le laminazioni aiutano a limitare le perdite per correnti parassite che altrimenti deriverebbero dalla variazione del flusso magnetico. La geometria, il materiale e la costruzione specifici del nucleo dipendono dal design del trasformatore.
Il nucleo ha arti e gioghi che formano il circuito magnetico. Il suo ruolo è supportare l'accoppiamento elettromagnetico; non è un conduttore elettrico che collega direttamente il circuito primario al circuito secondario. Questa distinzione è importante perché un normale trasformatore a due avvolgimenti trasferisce l'energia magneticamente mantenendo la separazione dell'isolamento prevista dalla sua progettazione.
Avvolgimenti primari e secondari: dove cambia la tensione
Gli avvolgimenti sono costituiti da conduttori isolati disposti attorno al nucleo magnetico. Quando viene applicata una tensione alternata all'avvolgimento di ingresso, la variazione del flusso induce tensione nell'altro avvolgimento. La relazione delle spire è fondamentale per la trasformazione della tensione, sebbene il funzionamento pratico dipenda anche dalle perdite, dalla regolazione e dalla progettazione elettromagnetica completa.
In molti progetti gli avvolgimenti ad alta e bassa tensione sono disposti fisicamente per controllare le distanze di isolamento, l'accoppiamento, la rimozione del calore e le forze meccaniche. I collegamenti dei conduttori portano i terminali dell'avvolgimento ai collegamenti interni, alle boccole o alle apparecchiature di commutazione, a seconda dei casi. Una semplice descrizione di “bobine di rame all’interno di una scatola” non comprende le strutture di isolamento, supporto e connessione necessarie affinché l’insieme attivo svolga la sua funzione.
Il materiale dei conduttori dell'avvolgimento, la stratificazione, la disposizione e le caratteristiche di tenuta al cortocircuito devono essere verificati dalla documentazione di progettazione specifica del produttore. La descrizione dei componenti qui non rappresenta un disegno costruttivo interno per alcun trasformatore con marchio JSGK.
L'isolamento interno separa i diversi potenziali elettrici
L'isolamento del trasformatore separa le spire all'interno di un avvolgimento, gli avvolgimenti adiacenti e le parti conduttrici a diversi potenziali elettrici. Supporta inoltre gli spazi tra i conduttori attivi, il nucleo e altre strutture. A seconda del progetto, l'isolamento può utilizzare materiali solidi, barriere, distanziatori, liquidi isolanti e spazi controllati.
Il sistema di isolamento deve essere compreso insieme alla temperatura e alle condizioni operative. Per un design a bagno d'olio, il liquido svolge funzioni di isolamento elettrico e trasferimento di calore, insieme a materiali isolanti solidi. Un'unità di tipo a secco utilizza una combinazione diversa di isolamento solido e aria o altri mezzi specifici del progetto. Si tratta di famiglie costruttive ampie, non di layout interni intercambiabili.
Il serbatoio e il liquido isolante nei modelli a immersione in olio
In un trasformatore di potenza convenzionale a bagno d'olio, un serbatoio metallico racchiude il gruppo nucleo-avvolgimento e il liquido isolante. Il serbatoio fornisce contenimento e protezione meccanica e la sua costruzione è integrata con i requisiti di espansione termica, pressione, tenuta e raffreddamento.
Il liquido svolge sia ruoli di isolamento che di trasferimento di calore. Trasporta il calore dalle parti attive verso le superfici di raffreddamento o il sistema di raffreddamento collegato. Il tipo di liquido e la sua compatibilità con i materiali e le condizioni operative devono essere confermati per il progetto specifico. Un trasformatore di tipo a secco non ha la stessa disposizione del serbatoio principale riempito d'olio.
Boccole: collegamenti elettrici attraverso l'involucro
Una boccola consente a un conduttore sotto tensione di passare attraverso l'involucro di un trasformatore messo a terra mantenendo l'isolamento elettrico necessario. In un'unità riempita d'olio, le boccole forniscono interfacce isolate tra gli avvolgimenti o i conduttori interni e il sistema di alimentazione esterno. I loro valori nominali e la struttura differiscono in base alla tensione e al carico di corrente.
Alcuni progetti utilizzano diversi tipi di boccole o disposizioni dei terminali, quindi gli acquirenti non dovrebbero presumere che ogni trasformatore presenti gli stessi componenti esterni dall'aspetto di porcellana. I corretti requisiti di collegamento esterno e di spazio libero fanno parte del disegno dell'apparecchiatura e delle specifiche di progetto.
I commutatori di tocco regolano i giri di avvolgimento effettivi
Un commutatore seleziona tra i punti di connessione dell'avvolgimento per regolare il rapporto spire effettivo del trasformatore e quindi il suo rapporto di tensione. Alcuni progetti utilizzano la commutazione della presa diseccitata, che richiede le condizioni fuori servizio specificate. Altri hanno un commutatore sotto carico progettato per funzionare mentre il trasformatore rimane sotto tensione in circostanze definite.
Si tratta di meccanismi e compiti operativi diversi. È necessario verificare la presenza, l'ubicazione e il tipo di commutatore per il trasformatore stesso. Non tutti i trasformatori utilizzano lo stesso sistema di commutazione e la conoscenza delle parti interne non costituisce un'istruzione per il funzionamento o la manutenzione.
I componenti di raffreddamento rimuovono il calore dal gruppo attivo
Le perdite nel nucleo e negli avvolgimenti producono calore. Il sistema di raffreddamento di un trasformatore trasferisce il calore in modo che il funzionamento rimanga entro i limiti termici progettati. Un'unità a bagno d'olio può utilizzare pareti del serbatoio, radiatori, ventole, pompe o apparecchiature di raffreddamento separate, a seconda della potenza e del metodo di raffreddamento. Non tutte le unità includono ventilatori o pompe.
Nei trasformatori a secco, il trasferimento di calore dipende dal particolare isolamento e dalla disposizione del raffreddamento ad aria, talvolta assistito da ventilatori. Pertanto i sistemi a bagno d'olio e quelli a secco non possono essere confrontati semplicemente contando gli accessori di raffreddamento esterni. La modalità di raffreddamento e l'ambiente operativo specificati determinano la selezione.
Conservatori, sfiatatoi e dispositivi di protezione dipendono dal design
Alcuni trasformatori riempiti di liquido utilizzano un serbatoio di conservazione per accogliere le variazioni di volume del liquido. A seconda della disposizione, uno sfiatatoio può aiutare a gestire le condizioni dell'aria che entra nel sistema di conservazione. Altre configurazioni utilizzano costruzioni sigillate o sigillate ermeticamente e non hanno la stessa disposizione del conservatore.
Gli accessori di protezione e monitoraggio possono includere la misurazione della temperatura, dispositivi relativi alla pressione, indicazione del livello dell'olio e protezione a gas sui progetti in cui tali dispositivi sono appropriati. La loro esistenza non è universale. Gli acquirenti dovrebbero leggere l'elenco e lo schema delle apparecchiature approvate piuttosto che presumere che lo spaccato di un libro di testo sia una rappresentazione completa di ogni trasformatore.
Trasformatori a secco e trasformatori immersi in olio: cosa c'è di diverso all'interno?
Il nucleo magnetico e gli avvolgimenti sono fondamentali per entrambe le famiglie, ma l'isolamento, la custodia e il raffreddamento differiscono notevolmente. Il confronto seguente descrive concetti tipici piuttosto che specifiche specifiche del modello.
| Caratteristica | Design di tipo secco | Design a bagno d'olio |
|---|---|---|
| Nucleo magnetico | Presente | Presente |
| Avvolgimenti | Presente, coibentato secondo progetto | Presente, all'interno del sistema di isolamento solido/liquido |
| Mezzo isolante e di raffreddamento | Isolamento solido e sistema di raffreddamento correlato all'aria | Isolamento solido più liquido isolante |
| Serbatoio principale riempito d'olio | Non fa parte della costruzione convenzionale a secco | Tipico |
| Radiatori/raffreddatori a liquido | Non il sistema convenzionale di raffreddamento dell'olio | Può essere presente a seconda della valutazione |
| Conservatore | Non applicabile nel senso di conservazione dell'olio | Dipende dal design sigillato o con conservatore |
La panoramica dei trasformatori di JSGK esamina le famiglie di tipo a secco e a bagno d'olio per la selezione del progetto. Dovrebbe essere letto come un riferimento di supporto per un sistema elettrico integrato. Non è una prova che ogni costruzione di trasformatore in questo confronto sia un'offerta di produzione JSGK verificata.
Cosa dovrebbero confermare gli acquirenti oltre alle parti interne?
La comprensione dei componenti del trasformatore aiuta a interpretare una specifica, ma non completa una richiesta di preventivo. Per un progetto di sottostazione o di distribuzione, gli acquirenti generalmente devono definire:
- Capacità nominale e tensioni primarie/secondarie richieste.
- Frequenza del sistema e disposizione delle fasi.
- Requisiti di impedenza e regolazione della tensione dove specificato.
- Requisiti di isolamento, temperatura e raffreddamento.
- Ambiente di installazione e limitazioni di spazio.
- Attrezzature applicabili e standard di progetto.
- Disposizione dei collegamenti, terminali e interfacce dei cavi.
- Interfacce di monitoraggio e protezione richieste.
- Schema unifilare e coordinamento con i quadri a monte/valle.
- Documenti e requisiti di approvazione per l'attrezzatura proposta.
In una stazione integrata, la scelta del trasformatore deve coordinarsi con il sistema circostante. Il trasformatore cambia tensione; il quadro associato controlla e protegge i circuiti collegati; l'involucro e la disposizione dei cavi devono consentire l'installazione e la manutenzione delle apparecchiature approvate. JSGK sottostazione scatolata route fornisce un contesto di progetto rilevante, mentre its catalogo materiale elettrico riporta le relative famiglie di prodotti di distribuzione.
In breve, un trasformatore di potenza contiene un nucleo, avvolgimenti, isolamento e collegamenti, con raffreddamento, boccole, commutatori e accessori di protezione a seconda della costruzione. Comprendere questi componenti aiuta a definire ciò che deve essere confermato, non ciò che ogni unità include automaticamente. Gli acquirenti del progetto possono discutere le specifiche del trasformatore e della sottostazione con JSGK fornendo requisiti di tensione, capacità, installazione, connessione e interfaccia di sistema.