Trasformatore

Il trasformatore è una macchina elettrica che viene alimentata in ingresso con determinati valori di tensione e di corrente e fornisce in uscita la stessa potenza, a meno delle perdite, con valori di tensione e di corrente che sono in genere diversi da quelli di ingresso.Il trasformatore è formato da un nucleo magnetico sul quale sono avvolti almeno due avvolgimenti, primario, collegato all’ingresso, e secondario, collegato all’uscita.Il trasformatore può essere monofase o trifase.I valori di tensione e di corrente sono legati tra loro dal rapporto tra il numero di spire che ci sono al primario e il numero di spire che c’è al secondario.Il rapporto spire K, che è il rapporto tra il numero di spire al primario e quelle al secondario è circa uguale al rapporto tra le forse elettromotrici al primario e al secondario e al rapporto inverso tra le correnti al secondario divise per quelle al primario.L’impedenza di carico si trasferisce dal secondario al primario moltiplicandone il valore per K2, il quadrato del rapporto spire, che è il fattore di trasporto.La tensione di corto circuito è il valore di tensione che bisogna applicare al primario affinché al secondario, chiuso in corto circuito, circoli la corrente nominale. La tensione di corto circuito viene espressa in valore percentuale rispetto alla tensione nominale.Moltiplicando la corrente nominale al secondario per il valore 100 e dividendo per la tensione di corto circuito percentuale si ottiene il valore della corrente di corto circuito al secondario, quando il primario viene alimentato a tensione nominale.Gli avvolgimenti trifasi possono essere collegati a stella o a triangolo.Se l’avvolgimento secondario è collegato a stella, dal centro stella si può prelevare un conduttore, che viene detto conduttore di neutro. Si possono quindi prelevare due valori di tensione: quella concatenata , per es. 400 V, e quella di fase, per es. 230 V.I tipi di collegamento degli avvolgimenti vengono indicati con una sigla. In genere si usa il tipo DYN11, cioè primario collegato a triangolo, secondario collegato a stella, con disponibilità del neutro, mentre la tensione secondaria rispetto alla primaria è orientata come le lancette dell’orologio, la tensione secondaria è diretta come le 11, mentre la primaria è diretta come le 12.Le sequenza delle tensioni possono essere: diretta con la fase due che anticipa la fase uno ed è sfasata di 120° in anticipo; inversa con la fase due che segue la fase uno ed è sfasata di 120° in ritardo; zero con le tre fasi non sfasate tra loro, cioè,come si dice, in fase tra loro.Ogni sistema trifase di tensioni , o anche di correnti, può essere considerato come la somma vettoriale di tre sistemi, uno di sequenza diretta, uno di sequenza inversa e uno di sequenza zero.Nel collegamento a stella il sistema di sequenza zero interessa il conduttore di neutro, perché le tre correnti, se devono andare tutte e tre nella stessa direzione, devono per forza passare dal neutro, che non deve essere isolato.Nel collegamento a triangolo le tre correnti di sequenza zero percorrono tutti e tre gli avvolgimenti, uno dopo l’altro, collegati a triangolo.Le correnti di guasto a terra sono correnti omopolari, cioè correnti di sequenza zero, che nel DYN11 possono circolare bene al secondario perché c’è il neutro e possono trasferirsi al primario perché possono circolare nel triangolo senza bisogno del neutro.In questo caso le correnti di guasto possono assumere valori molto alti vicini al valore della corrente di corto circuito secondaria.Se il primario fosse collegato a stella, per es. YYN0, le correnti di sequenza zero non potrebbero circolare al primario, che è a neutro isolato, e il valore della corrente secondaria sarebbe piccolo.Nel sistema di distribuzione attuale si ha: una media tensione a 20000 volt esercita a neutro isolato, cioè priva di conduttore neutro, e una bassa tensione a 400/230 volt esercita con neutro distribuito e collegato a terra tramite un proprio dispersore.In caso di guasto è importante che ci sia un valore di corrente di guasto sufficiente per fare intervenire le protezioni installate in modo che la corrente di guasto venga interrotta entro cinque secondi.Se gli avvolgimenti fossero entrambi a stella, la corrente di guasto sarebbe dell’ordine della corrente nominale e quindi la protezione magnetica non sarebbe in grado d’intervenire, e sarebbero guai.La protezione magnetica deve essere tarata anche in funzione della corrente di guasto che può attraversarla, che è sicuramente inferiore alla corrente di corto circuito nominale. Per questo si misura l’impedenza dell’anello di guasto nel punto e la relativa corrente di guasto. Si confronta con la caratteristica della protezione e si tara la protezione in modo che la stessa possa sicuramente intervenire.In pratica la corrente di guasto deve avere un valore maggiore della corrente del tratto verticale della caratteristica tempo-corrente della protezione.Nel caso di guasto a terra in un apparecchio in una casa di abitazione la corrente va dall’avvolgimento di fase del trasformatore in cabina, segue la fase fino al punto di guasto, attraversa il gialloverde, va al dispersore della casa d’abitazione, attraverso il terreno la corrente ritorna attraverso il dispersore del neutro della cabina e va di nuovo all’avvolgimento della fase interessata dal guasto, chiudendo l’anello di guasto.E’ importante che all’ingresso della casa di abitazione ci sia una protezione differenziale, volgarmente detta salvavita, che interviene e interrompe la corrente quasi subito al momento del guasto.Nel caso che il guasto avvenga in un’industria che ha una propria cabina di trasformazione la cosa è più semplice perché il centro stella del secondario del trasformatore è collegato a terra sullo stesso dispersore delle apparecchiature, cioè il neutro è messo a terra sullo stesso dispersore delle apparecchiature. La corrente di guasto non passa più attraverso il terreno ed ha quindi un valore più alto. Se è stata installata una protezione differenziale l’interruzione della corrente di guasto avviene subito. Se è stata installata una protezione magnetica a tempo inverso occorre che la protezione sia tarata per interrompere la corrente di guasto entro cinque secondi.Come si vede la protezione differenziale è essenziale per assicurare la sicurezza contro i guasti di natura elettrica sia nelle case di abitazione che nei luoghi di lavoro.