ITMI980582A1 - Trasformatore di corrente isolato in gas - Google Patents
Trasformatore di corrente isolato in gasInfo
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Description
DESCRIZIONE
Il presente trovato riguarda un trasformatore di corrente isolato in gas avente, in particolare, un involucro di forma semplificata e ridotto numero di componenti.
In generale, i trasformatori di corrente di tipo noto sono costituiti da un involucro di contenimento al cui interno è alloggiata la parte elettricamente attiva del trasformatore ed è contenuto il gas di isolamento del trasformatore stesso; tale gas di isolamento può essere costituito ad esempio da esafloruro di zolfo (SF6), o da azoto, o da una miscela dei due gas. La parte elettricamente attiva del trasformatore comprende i nuclei toroidali, gli avvolgimenti primari, ad esempio del tipo a barra passante, e gli avvolgimenti secondari distribuiti uniformemente attorno a detti nuclei toroidali.
L'involucro di contenimento è costituito principalmente da tre componenti strutturali: un isolatore, che è generalmente un tubo alettato e può essere realizzato in materiale polimerico o in porcellana; una testa, che può essere realizzata in alluminio o acciaio e contiene gli avvolgimenti primari e i nuclei toroidali su cui sono avvolti gli avvolgimenti secondari; una base, anch'essa realizzata in alluminio o acciaio, che oltre a costituire la struttura di ancoraggio dell'intero trasformatore su una superficie di appoggio quale ad esempio un pilastrino di supporto, presenta in particolare una valvola di riempimento da cui viene inserito il gas di isolamento. Inoltre, alla base è connessa una scatola dei morsetti secondari su cui vengono posizionati a massa i conduttori costituenti l'avvolgimento secondario.
In una fase di montaggio, la testa e la base del trasformatore sono connesse alle due estremità dell'isolatore, rispettivamente superiore ed inferiore.
Allo stato attuale della tecnica, l'assemblaggio della testa e della base con l'isolatore presenta diversi inconvenienti.
Per ciò che concerne la connessione tra la testa e l'isolatore del trasformatore, sulla superficie esterna dell'estremità superiore dell'isolatore stesso viene dapprima fissato un collare per l'adattamento dimensionale tra i due componenti; in particolare, tale collare è cementato o incollato sulla superficie dell'isolatore a seconda che quest'ultimo sia realizzato in materiale composito o in porcellana. Tra collare e testa viene poi interposto un ulteriore elemento di adattamento geometrico costituito generalmente da una flangia metallica. Su tale flangia sono presenti dei fori passanti per l'alloggiamento dei bulloni necessari all'assemblaggio tra collare e testa, e quindi in definitiva, fra quest'ultima e l'isolatore.
Tale soluzione risulta essere svantaggiosa poiché prevedendo l’uso di componenti intermedi di connessione comporta un aumento del materiale necessario nonché dei costi e dei tempi realizzativi; inoltre, sulla superficie della flangia è necessario ricavare, mediante lavorazione meccanica, una apposita gola in cui un operatore durante la fase di montaggio del trasformatore deve inserire una guarnizione di tenuta. Tali operazioni devono essere effettuate con la massima precisione e cautela in quanto la guarnizione deve garantire la assoluta ermeticità della giunzione al gas di isolamento; ciò si riflette in un aumento delle difficoltà e dei tempi di montaggio.
Per quanto riguarda la connessione tra la base del trasformatore e l'isolatore, sulla superficie esterna dell'estremità inferiore dell'isolatore viene fissato un secondo collare di adattamento tra isolatore stesso e base, in modo analogo a quanto precedentemente detto per la giunzione testa-isolatore; tra il collare e la base dell'involucro viene poi interposto un ulteriore elemento di adattamento geometrico costituito da una piastra realizzata generalmente in lamiera di alluminio. Tale piastra è avvitata sia al collare che alla base e permette quindi la connessione tra quest'ultima e l'isolatore. Sulla piastra sono inoltre ricavati, tramite opportune lavorazioni meccaniche, una gola per l'inserimento di una guarnizione di tenuta del gas di isolamento e dei fori passanti per l'immissione del gas di isolamento nel trasformatore.
Anche in questo caso si ha quindi la necessità di interporre dei componenti fra gli elementi da unire con conseguente aumento del materiale impiegato, delle giunzioni e lavorazioni meccaniche necessarie e quindi in definitiva dei tempi e dei costi realizzativi.
Un ulteriore svantaggio è dato dal fatto che, allo stato attuale della tecnica, le parti terminali dei cavi degli avvolgimenti secondari sono convogliate attraverso fori ricavati nella base stessa e sono connesse a massa ld una morsettiera contenuta in una apposita scatola di contenimento che è un elemento a sè stante; tale scatola è fissata in fase di montaggio alla base dell'isolatore. Anche per tale giunzione è necessario ricavare, con un'ulteriore lavorazione meccanica, una sede di alloggiamento di una guarnizione atta a garantire l'ermeticità della giunzione al gas di isolamento.
E' da rilevare il fatto che all'aumentare delle giunzioni e quindi dalle necessarie tenute al gas di isolamento, il pericolo di eventuali fuoriuscite di gas di isolamento cresce facendo diminuire di pari passo l'affidabilità complessiva del trasformatore.
Un altro svantaggio ancora è dato dal fatto che i nuclei toroidali su cui sono posizionati gli avvolgimenti toroidali sono sostenuti da un tubo metallico fissato anch'esso alla base dell’involucro. Con tale soluzione, quando il trasformatore viene trasportato in posizione orizzontale nel sito di installazione, a causa del peso dei nuclei si hanno delle deformazioni permanenti alla base del tubo metallico che causano un disassamento tra i nuclei e 1'avvolgimento primario e quindi in definitiva dei malfunzionamenti del trasformatore.
Compito precipuo del presente trovato è quello di realizzare un trasformatore di corrente con isolamento in gas in cui sia ridotto il numero dei componenti necessari alla realizzazione pratica dell'involucro di contenimento.
Nell'ambito di questo compito, uno scopo del presente trovato è quello di realizzare un trasformatore di corrente con isolamento in gas in cui il numero delle giunzioni fra gli elementi costituenti l'involucro sia consistentemente diminuito.
Un altro scopo del presente trovato è quello di realizzare un trasformatore di corrente con isolamento in gas in cui vi sia una riduzione della quantità di materiale impiegata, riducendone in tal modo anche i costi realizzativi.
Un ulteriore scopo del presente trovato è quello di realizzare un trasformatore di corrente con isolamento in gas in cui sia ridotto il numero di lavorazioni meccaniche da effettuare, riducendo nel contempo i tempi di produzione.
Ancora un altro scopo del presente trovato è quello di realizzare un trasformatore di corrente con isolamento in gas in cui la fase di montaggio possa essere effettuata in maniera rapida e semplice.
Un altro scopo del presente trovato è quello di realizzare un trasformatore di corrente con isolamento in gas in cui il sostegno dei nuclei avvenga in modo tale da prevenire eventuali disassamenti fra avvolgimenti primari e secondari.
Non ultimo scopo del presente trovato è quello di realizzare un trasformatore di corrente, con isolamento in gas che sia di elevata affidabilità e di relativamente facile realizzazione ed a costi competitivi.
Questo compito nonché questi ed altri scopi che meglio appariranno in seguito, sono raggiunti da un trasformatore di corrente con isolamento in gas, comprendente un involucro di contenimento al cui interno sono alloggiati avvolgimenti primari e secondari del trasformatore, caratterizzato dal fatto che detto involucro comprende:
- un isolatore alettato di forma tubolare; e
- una testa ed una base realizzate in un unico pezzo e direttamente connesse rispettivamente alle estremità superiore ed inferiore di detto isolatore slattato.
Tale soluzione consente quindi vantaggiosamente di eliminare i vari pezzi di interconnessione fra testa e isolatore nonché tra questo e la base, riducendo così il numero di giunzioni, di lavorazioni meccaniche e i tempi di montaggio.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente dalla descrizione di forme di realizzazione preferite, ma non esclusive del trasformatore secondo il trovato, illustrate a titolo indicativo e non limitativo negli uniti disegni, in cui:
la figura 1 rappresenta una vista prospettica del trasformatore di corrente secondo il presente trovato;
la figura 2 rappresenta una sezione longitudinale del trasformatore di corrente secondo il trovato;
la figura 3 illustra un particolare dettaglio realizzativo del trasformatore di corrente secondo il trovato;
la figura 4 illustra in dettaglio la giunzione tra testa e isolatore dell’involucro di contenimento impiegato nel trasformatore di corrente secondo una prima forma di realizzazione del trovato;
la figura 5 illustra in dettaglio la giunzione tra base e isolatore dell'involucro di contenimento impiegato nel trasformatore di corrente secondo una prima forma di realizzazione del trovato.
Con riferimento alle figure citate, il trasformatore di corrente secondo il trovato è costituito principalmente da un involucro di contenimento, complessivamente indicato dal numero di riferimento 100, e da una parte elettricamente attiva alloggiata all'interno di detto involucro. Tale involucro di contenimento, come illustrato in figura 1, 6 costituito da una testa 2, da una base 3 e da un isolatore alettato 1. L'isolatore 1 è costituito essenzialmente da una parte tubolare 40 attorno alla quale sono posizionate alette 41. Vantaggiosamente, nel trasformatore di corrente secondo il trovato, la testa 2 è realizzata in un unico pezzo connesso direttamente ad una estremità superiore 20 dell'isolatore 1, come illustrato in dettaglio in figura 4; in particolare, la connessione diretta tra la testa 2 e l'isolatore 1 avviene grazie alla particolare struttura della testa che presenta una protuberanza sagomata 16. Tale testa 2 può essere realizzata in alluminio o alternativamente in acciaio.
Nel caso in cui l‘isolatore 1 sia realizzato in porcellana la connessione testa-isolatore avviene tramite cementazione; in questo caso, sulla testa 2 è ricavata una gola 14 in cui viene inserita una guarnizione ad anello atta a garantire l'ermeticità della giunzione al gas di isolamento. Tale soluzione consente quindi di eliminare i pezzi di interposizione tra testa e isolatore riducendo il materiale impiegato e rendendone più semplice e rapido il montaggio.
Alternativamente, in una forma preferita di realizzazione del trasformatore secondo il trovato, l'isolatore è realizzato in materiale composito e la testa è ad esso direttamente connessa mediante incollaggio. In questo caso la presenza della gola 14 con la relativa guarnizione risulta essere superflua in quanto l'incollaggio assicura di per sè l'ermeticità della giunzione al gas di isolamento consentendo di aumentare l'affidabilità complessiva del trasformatore.
All'interno della testa 2 è alloggiato l'avvolgimento primario del trasformatore; come illustrato in figura 2, l’avvolgimento primario è costituito da una sbarra passante 10 disposta orizzontalmente, che attraversa opportuni schermi toroidali 5 ed è fissata ai suoi estremi alla testa 2 . All·interno di tali schermi toroidali 5 sono posizionati nuclei toroidali 7 su cui vengono avvolti i conduttori costituenti gli avvolgimenti secondari del trasformatore; tali nuclei 7 possono essere realizzati ad esempio in nastro di acciaio laminato. La presenza degli schermi toroidali 5 permette una distribuzione uniforme di gradiente elettrico tra i componenti a piena tensione, la sbarra passante 10, e quelli a massa, i nuclei 7.
I nuclei 7 sono sostenuti da un tubo metallico 6 fissato in corrispondenza del suo estremo inferiore 30 alla base 3 del trasformatore, e da un tubo isolante 8; in particolare, il tubo isolante 8 è vincolato ad un'estremità alla testa 2 del trasformatore e all'altra estremità è accoppiato in modo scorrevole con un perno 11 fissato agli schermi 5, come illustrato in dettaglio in figura 3. Tale accoppiamento consente di compensare le eventuali dilatazioni termiche in senso assiale dovute al riscaldamento conseguente al funzionamento del trasformatore stesso e/o alla sua diretta esposizione all'irraggiamento solare. Inoltre, quando il trasformatore viene trasportato in posizione orizzontale nel sito di installazione, il tubo isolante 8 evita una eventuale deformazione alla base del tubo metallico 6 prevenendo in tal modo il disassamento tra i nuclei 7 e 1'avvolgimento primario 10.
All'interno del tubo 6 i conduttori dell'avvolgimento secondario 13 sono convogliati a massa e collegati in corrispondenza dei loro terminali ad una scatola dei morsetti secondari 12 posizionata in corrispondenza della base 3 del trasformatore
Analogamente a quanto precedentemente detto per la testa dell'involucro, e come illustrato in dettaglio in figura 5, nel trasformatore di corrente secondo il trovato la base 3 è vantaggiosamente realizzata in un unico pezzo connesso direttamente ad una estremità inferiore 21 dell'isolatore 1 e presentante i fori necessari per il passaggio dei terminali dei conduttori dell'avvolgimento secondario 13 e per l'introduzione del gas di isolamento nel trasformatore; tale gas può essere costituito ad esempio da esafloruro di zolfo, da azoto, o da una miscela dei due gas; in particolare, la base 3 presenta una protuberanza sagomata 17 di adattamento geometrico con l'isolatore 1. La base 3 può essere realizzata in alluminio o alternativamente in acciaio.
Nel caso in cui l’isolatore sia realizzato in materiale ceramico, la connessione base-isolatore avviene tramite cementazione; con tale soluzione è necessario ricavare direttamente sulla base 3 una gola 15 in cui viene inserita una guarnizione ad anello atta a garantire 1'ermeticità della giunzione base-isolatore al gas di isolamento.
In una forma preferita di realizzazione del trasformatore secondo il trovato, l'isolatore è realizzato in materiale composito e la base è ad esso direttamente incollata. Anche in questo caso, analogamente a quanto detto per la giunzione testa-isolatore, la presenza della gola 15 con la relativa guarnizione risulta essere superflua in quanto l'incollaggio assicura di per sà l'ermeticità della giunzione al gas di isolamento consentendo di aumentare l'affidabilità complessiva del trasformatore.
Anche tale giunzione viene quindi realizzata eliminando i pezzi di interposizione tra base e isolatore e riducendo di conseguenza il materiale impiegato; inoltre il montaggio della base sull'isolatore avviene in maniera più semplice e rapida e con una maggiore garanzia di ermeticità della giunzione al gas di isolamento.
Un ulteriore vantaggio del trasformatore secondo il trovato risiede nel fatto che la scatola 12 dei morsetti è direttamente inglobata nella base 3; in tal modo, essendo la scatola 12 parte integrante della base 3, non à necessaria alcuna ulteriore giunzione nè altra lavorazione meccanica idonea a ricavare una sede in cui inserire una guarnizione per garantire l’ermeticità della giunzione scatola-base. Di conseguenza viene aumentata l’affidabilità complessiva del trasformatore.
All'interno dell'involucro 100 così concepito sono presenti inoltre degli schermi 4 e 9 con funzione dielettrica; in particolare lo schermo 9 serve a distribuire in modo uniforme il gradiente elettrico lungo il tubo isolante 8 in modo da evitare eventuali addensamenti delle linee equipotenziali che provocherebbero un alto gradiente elettrico con conseguente scarica sul tubo stesso, ad esempio quando si effettuano prove di impulso atmosferico.
Lo schermo 4 permette invece una distribuzione uniforme del gradiente elettrico tra le parti del trasformatore a tensione, quali la parte superiore dell'isolatore 1, e le parti a massa, quali il tubo metallico 6 nonché la parte inferiore dell'isolatore; tali schermi sono realizzati tipicamente in alluminio.
Si è in pratica constatato come il trasformatore secondo il trovato permetta di assolvere pienamente il compito prefissato in quanto consente di connettere direttamente la testa e la base del trasformatore all'isolatore, consentendo in tal modo di eliminare i pezzi intermedi e perciò di ridurre il materiale da impiegare nonché i tempi e i costi necessari; di conseguenza ridotte risultano le giunzioni a tenuta necessarie e le lavorazioni meccaniche; in tal modo il montaggio avviene in modo più semplice e rapido nonché complessivamente aumentata risulta l'affidabilità del trasformatore.
Il trasformatore di corrente così concepito é suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo; inoltre tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti.
In pratica, i materiali impiegati, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi secondo le esigenze e lo stato della tecnica.
Claims (10)
- RIVENDICAZIONI 1. Trasformatore di corrente con isolamento in gas, comprendente un involucro di contenimento al cui interno sono alloggiati avvolgimenti primari e secondari del trasformatore, caratterizzato dal fatto che detto involucro comprende: - un isolatore alettato di forma tubolare; e - una testa ed una base realizzate in un unico pezzo e direttamente connesse rispettivamente alle estremità superiore e inferiore di detto isolatore alettato.
- 2 . Trasformatore di corrente con isolamento in gas secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta base ingloba inoltre una scatola contenente morsetti di connessione di detti avvolgimenti secondari
- 3. Trasformatore di corrente con isolamento in gas, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto isolatore alettato è realizzato in materiale composito e la testa e la base sono ad esso connesse mediante incollaggio.
- 4 . Trasformatore di corrente con isolamento in gas secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto isolatore alettato è realizzato in materiale ceramico e la base e la testa sono ad esso connesse tramite cementazione.
- 5. Trasformatore di corrente con isolamento in gas secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che a detta base è associata una guarnizione di tenuta di un gas di isolamento, detta guarnizione essendo alloggiata in una scanalatura ricavata sulla superficie della base stessa.
- 6. Trasformatore di corrente con isolamento in gas secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che a detta testa è associata una guarnizione di tenuta di un gas di isolamento, detta guarnizione essendo alloggiata in una scanalatura ricavata sulla superficie della testa stessa.
- 7. Trasformatore di corrente con isolamento in gas, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la testa e la base comprendono entrambe una protuberanza sagomata per l'adattamento geometrico con l'isolatore.
- 8. Trasformatore di corrente con isolamento in gas secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la base e la testa sono realizzate in alluminio o in acciaio.
- 9. Trasformatore di corrente con isolamento in gas, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi di sostegno di detti avvolgimenti secondari, detti mezzi di sostegno essendo atti a compensare eventuali dilatazioni termiche.
- 10. Trasformatore di corrente con isolamento in gas, secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di sostegno comprendono un tubo isolante avente un’estremità collegata alla testa e l'altra estremità accoppiata in modo scorrevole con un perno fissato a schermi toroidali di contenimento di detti avvolgimenti secondari.
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