.Trasformatori di potenza

Per quanto riguarda le interruzioni di lunga e breve durata, gli effetti sui trasformatori di potenza si riducono ai fenomeni transitori di inserzione e reinserzione. Per i trasformatori MT/BT inseriti su reti relativamente estese, la corrente di inserzione risulta contenuta anche nelle condizioni più sfavorevoli (magnetismo residuo, chiusura sullo zero di tensione, ecc.). Come gli altri componenti statici anche i trasformatori non risentono in modo grave di dissimmetrie nella tensione contenute in qualche percento. Per i trasformatori trifase si deve tenere presente che le tensioni secondarie possono presentare grado di dissimmetria diverso da quello impresso a primario a seconda dei collegamenti degli avvolgimenti.

Ad esempio sui trasformatori MT/BT con l'avvolgimento di media tensione a triangolo e quello di bassa tensione a stella con neutro accessibile, poiché il nucleo magnetico lavora a flusso impresso dalle tensioni concatenate, si ha un diverso grado di eccitazione delle tre colonne con un possibile aumento delle perdite a vuoto globali. Circa la situazione sul lato bassa tensione, si deve tenere presente che a vuoto le tensioni di fase corrispondono esattamente alle tensioni concatenate impresse sulla media tensione. Per quanto riguarda invece le tensioni concatenate, le loro ampiezze possono essere dedotte applicando il metodo dei componenti simmetrici. In generale, il grado di dissimmetria risulta ridotto rispetto a quella delle tensioni sulla media tensione. L'alimentazione con onda non sinusoidale comporta variazioni sulle perdite a vuoto, principalmente localizzate nel circuito magnetico (perdite nel ferro). Come è noto, queste ultime (Po) sono costituite da due parti: le perdite per isteresi magnetica e le perdite per correnti parassite:

nella quale il primo termine rappresenta le perdite per isteresi ed il secondo quelle per correnti parassite. Inoltre f è la frequenza, B l'induzione, K1 e K2 due costanti. Per quanto riguarda le perdite per isteresi, si deve tenere presente che il valore massimo dell'induzione è legato alla tensione (e) dalla relazione:

e risulta quindi proporzionale al valore medio della tensione. Nel caso di onda non sinusoidale, le perdite sono quelle che si verificherebbero con un'onda sinusoidale avente lo stesso valore medio. Per quanto riguarda le perdite per correnti parassite (Pcp), una accurata valutazione nel caso di onde distorte può essere fatta tenendo presente che nel caso di onda sinusoidale il valore efficace della tensione è proporzionale a fB e che per onda non sinusoidale si ha:

Quindi, nel caso di onda non sinusoidale, le perdite per correnti parassite risultano ancora proporzionali al valore efficace della tensione. Per una valutazione approssimata delle perdite nel ferro con onda non sinusoidale, si può ricorrere alla formula semplificata proposta dalle norme CEI che qui si riporta: (Bibliografia [6]).

nella quale:
- Po : perdite a vuoto corrette;
- Pm : perdite a vuoto misurate alla tensione nominale con un voltmetro sensibile al valore medio (lettura moltiplicata per 1,11);
- P1 : rapporto tra le perdite per isteresi e le perdite totali a vuoto;
- P2 : rapporto tra le perdite per correnti parassite e le perdite totali a vuoto;
- k : rapporto tra le indicazioni dei voltmetri a valore efficace e a valore medio (k = 1 per onda sinusoidale).
Per i trasformatori con nucleo realizzato con lamierino a cristalli orientati si può assumere P1 = P2 = 0,5.
In generale si può dire che se la forma d'onda non è fortemente distorta, le perdite nel ferro a pari valore efficace della tensione non variano di molto. Si deve anche tenere presente che in una macchina a pieno carico le perdite a vuoto rappresentano solamente il 20/25 % delle perdite totali. Per quanto riguarda il problema delle perdite addizionali dovute al carico, l'argomento è piuttosto complesso in quanto le leggi di variazione di dette perdite dipendono da numerosi fattori quali la frequenza, la temperatura, la resistività, il tipo di costruzione degli avvolgimenti, ecc. Il CENELEC ha emesso un documento che fornisce all'utilizzatore una guida per determinare la caricabilità dei trasformatori da distribuzione in olio nel caso di correnti di carico ad alto contenuto armonico (Bibliografia [7]). Si ammette che per le macchine da distribuzione la distorsione armonica totale accettabile non debba eccedere il 5%. Con fattori armonici superiori si deve tener presente che le perdite addizionali aumentano e, di conseguenza, a parità di valore efficace della corrente, la sovratemperatura degli avvolgimenti risulterebbe più elevata. Per sovratemperature costanti, la valutazione della potenza equivalente può essere fatta riferendosi alla corrente sinusoidale che causa le stesse perdite di quella non sinusoidale. La potenza equivalente è allora uguale alla potenza nominale del trasformatore divisa per un fattore correttivo K dato dalla seguente formula:

ove:
- e: rapporto tra le perdite addizionali alla corrente sinusoidale e alla frequenza fondamentale (es. 50 Hz), divisi per le perdite ohmiche, entrambe riportate alla temperatura di riferimento;
- n: ordine dell'armonica;
- I: valore efficace della corrente distorta;
- I1: valore efficace della componente fondamentale
- In: valore efficace della corrente armonica di ordine n;
- q: esponente costante funzione del tipo di avvolgimento.
Si deve tenere presente che:

Per trasformatori con avvolgimenti a bassa tensione in piattina si deve assumere q = 1,8, mentre per gli avvolgimenti in lastra si ha q = 1,6. Cio' significa che si ammette che le perdite addizionali, intese come differenza tra le perdite dovute al carico totali e quelle ohmiche, non sono proporzionali al quadrato della frequenza come normalmente considerato. I trasformatori non sono invece sensibili a variazioni di tensione contenute in qualche percento ed al flicker.