ITVI20080102A1

ITVI20080102A1 - OPTIMIZED TRANSFORMER, IN PARTICULAR FOR THE EXECUTION OF DIELECTRIC TESTS.

Info

Publication number: ITVI20080102A1
Application number: IT000102A
Authority: IT
Inventors: Claudio Ceretta
Original assignee: S E A Societa Elettromeccanica
Priority date: 2008-04-30
Filing date: 2008-04-30
Publication date: 2009-11-01
Also published as: WO2009133584A1; EP2272073B1; EP2272073A1

Description

DESCRIZIONE dell’invenzione industriale DESCRIPTION of the industrial invention

La presente invenzione si riferisce ad un trasformatore monofase ottimizzato, in particolare per l’esecuzione di prove dielettriche. The present invention refers to an optimized single-phase transformer, in particular for performing dielectric tests.

E’ noto che in ambito elettrotecnico viene utilizzata una particolare tipologia di trasformatori monofase per eseguire prove dielettriche su un apparato elettrico, quale un trasformatore, ad esempio per testarne il grado di isolamento degli avvolgimenti nei confronti delle altre parti dell’apparato stesso. Un trasformatore è, come noto, una macchina statica operante in corrente alternata capace di convertire i parametri di tensione e corrente elettrica in uscita rispetto a quelli in ingresso mantenendo un elevato rendimento. It is known that in the electrotechnical field a particular type of single-phase transformers is used to perform dielectric tests on an electrical apparatus, such as a transformer, for example to test the degree of insulation of the windings towards the other parts of the apparatus itself. A transformer is, as is known, a static machine operating in alternating current capable of converting the parameters of voltage and electric current at the output with respect to those at the input while maintaining a high efficiency.

Il trasformatore monofase comprende due o più circuiti induttori, denominati avvolgimenti primario ed avvolgimento secondario, mutuamente accoppiati tra loro attraverso un flusso magnetico comune, variabile nel tempo, assicurato da un circuito magnetico ad elevata permeabilità, detto nucleo ferromagnetico. The single-phase transformer includes two or more inductor circuits, called primary windings and secondary windings, mutually coupled to each other through a common magnetic flux, variable over time, ensured by a highly permeable magnetic circuit, called ferromagnetic core.

L’avvolgimento primario e l’avvolgimento secondario vengono detti anche in gergo rispettivamente avvolgimento di alta tensione ed avvolgimento di bassa tensione. The primary winding and the secondary winding are also called in jargon, respectively, high voltage winding and low voltage winding.

Un primo avvolgimento, in genere quello primario, riceve potenza ad un determinato valore di tensione e di frequenza da una fonte di energia elettrica, quale per esempio la rete elettrica, mentre il secondo avvolgimento, di solito quello secondario, fornisce potenza ad un carico utilizzatore allo stesso valore di frequenza e ad un valore di tensione solitamente diverso da quello che alimenta il primo avvolgimento. Costruttivamente, il nucleo ferromagnetico è composto da una serie di lamierini sagomati, impaccati tra loro, e, in genere, presenta una forma del tipo cosiddetto “a colonne” oppure “a mantello”. A first winding, usually the primary winding, receives power at a given voltage and frequency value from an electrical energy source, such as the mains, while the second winding, usually the secondary winding, supplies power to a user load. at the same frequency value and at a voltage value usually different from that which powers the first winding. Constructively, the ferromagnetic core is composed of a series of shaped laminations, packed together, and generally has a shape of the so-called "column" or "mantle" type.

I tratti del nucleo ferromagnetico sui quali si avvolgono gli avvolgimenti primario e secondario sono denominati colonne e sono raccordati tra loro da tratti trasversali chiamati gioghi. The sections of the ferromagnetic core on which the primary and secondary windings are wound are called columns and are joined together by transverse sections called yokes.

La sezione di tali colonne può essere rettangolare, quadrata o a gradini, in relazione alle tensioni elettriche di esercizio e alla potenza prescelta del trasformatore. The section of these columns can be rectangular, square or stepped, in relation to the electrical operating voltages and the chosen power of the transformer.

La soluzione con colonne aventi sezione a gradini è la più costosa ma consente un migliore utilizzo dello spazio disponibile entro gli avvolgimenti e un migliore ancoraggio di questi. The solution with columns having a stepped section is the most expensive but allows a better use of the space available within the windings and a better anchoring of these.

La giunzione tra le colonne ed i gioghi costituisce un traferro il cui spessore deve essere ridotto per minimizzare la riluttanza del circuito magnetico. The junction between the columns and the yokes constitutes an air gap whose thickness must be reduced to minimize the reluctance of the magnetic circuit.

Gli avvolgimenti, in rame o alluminio anche smaltati, sono realizzati in bobine formate da più spire e montate coassialmente su una o più colonne del nucleo ferromagnetico secondo una disposizione concentrica o alternata. The windings, in copper or aluminum also enamelled, are made in coils formed by several turns and mounted coaxially on one or more columns of the ferromagnetic core according to a concentric or alternating arrangement.

Nella disposizione concentrica, le bobine costituenti l’avvolgimento primario e le bobine costituenti l’avvolgimento secondario presentano diametri diversi; nella disposizione alternata le bobine formanti l’avvolgimento primario e le bobine formanti l’avvolgimento secondario presentano lo stesso diametro e sono montate intercalate l’una all’altra. L’avvolgimento primario e l’avvolgimento secondario sono opportunamente isolati tra loro, nel caso di disposizione concentrica ad esempio mediante un cilindro tubolare in materiale ad elevata rigidità dielettrica, quale cartogeno precompresso, oppure uno schermo composto da una serie di cilindri in cartone l’uno sovrapposto all’altro. In the concentric arrangement, the coils constituting the primary winding and the coils constituting the secondary winding have different diameters; in the alternating arrangement, the coils forming the primary winding and the coils forming the secondary winding have the same diameter and are mounted interleaved with each other. The primary winding and the secondary winding are suitably isolated from each other, in the case of a concentric arrangement, for example by means of a tubular cylinder made of a material with high dielectric strength, such as pre-compressed paper, or a screen composed of a series of cardboard cylinders. one superimposed on the other.

Il trasformatore prevede, altresì, opportuni canali tra gli avvolgimenti per il passaggio di un fluido refrigerante, ad esempio olio minerale o aria in ventilazione naturale o forzata, al fine di smaltire la potenza dissipata tanto nel nucleo ferromagnetico, a causa di isteresi e correnti parassite, quanto negli avvolgimenti per effetto Joule. The transformer also provides suitable channels between the windings for the passage of a refrigerant fluid, for example mineral oil or air in natural or forced ventilation, in order to dispose of the power dissipated both in the ferromagnetic core, due to hysteresis and eddy currents. , as in the windings due to the Joule effect.

Il trasformatore comprende, inoltre, una cassa di contenimento, realizzata in materiale metallico o isolante ed all’interno della quale sono disposti gli organi componenti sopra descritti, nonché un conservatore di espansione del fluido refrigerante. In un trasformatore per prove dielettriche viene applicata una tensione elettrica prestabilita a frequenze industriali per un dato intervallo di tempo, con l’obiettivo di testare il livello di isolamento degli avvolgimenti verso le altre parti di un dato apparato elettrico, in genere un ulteriore trasformatore. The transformer also includes a containment box, made of metal or insulating material and inside which the components described above are arranged, as well as an expansion conservator for the refrigerant fluid. In a transformer for dielectric tests, a predetermined electrical voltage is applied at industrial frequencies for a given time interval, with the aim of testing the insulation level of the windings towards the other parts of a given electrical apparatus, generally an additional transformer.

In funzione di ciò, è stata approntata nel settore una specifica classificazione dei trasformatori per l’esecuzione di prove dielettriche: esistono, infatti, trasformatori con classe di isolamento sino a 130 kV, sino a 170 kV, sino a 400 kV e così via. Durante le prove di isolamento, il trasformatore eroga una corrente elettrica solo per alimentare le capacità proprie e dell’apparato in prova, ossia compresa tra frazioni di Ampere e 1/2 Ampere. As a function of this, a specific classification of transformers has been prepared in the sector for carrying out dielectric tests: there are, in fact, transformers with insulation classes up to 130 kV, up to 170 kV, up to 400 kV and so on. During the insulation tests, the transformer supplies an electric current only to power its own capacities and the equipment under test, ie between fractions of Ampere and 1/2 Ampere.

L’attuale invenzione attiene a trasformatori, specie per l’esecuzione di prove dielettriche, provvisti di avvolgimento cosiddetto “a sigaro”, realizzato in più strati tra loro affacciati, l’altezza dei quali diminuisce progressivamente, secondo una regola prestabilita, a partire dalla colonna su cui è avvolto l’avvolgimento verso l’esterno, in direzione ortogonale alla colonna stessa. The current invention relates to transformers, especially for carrying out dielectric tests, provided with a so-called "cigar" winding, made in several layers facing each other, the height of which progressively decreases, according to a pre-established rule, starting from column on which the winding outwards is wound, in a direction orthogonal to the column itself.

Questa forma costruttiva, come già detto, permette un migliore utilizzo dello spazio disponibile entro gli avvolgimenti, favorendo altresì la limitazione delle dimensioni complessive della cassa di contenimento del trasformatore. This constructive form, as already mentioned, allows a better use of the space available inside the windings, also favoring the limitation of the overall dimensions of the transformer containment case.

In accordo con la tecnica nota, l’avvolgimento a sigaro è del tipo a singolo stadio, trattandosi di un unico avvolgimento a bobina che si distribuisce e sviluppa senza soluzione di continuità tra i vari strati che lo compongono. In accordance with the known technique, the cigar winding is of the single-stage type, being a single coil winding that distributes and develops seamlessly between the various layers that make it up.

Tale scelta costruttiva determina in primo luogo la realizzazione di avvolgimenti di bobine enormi, i quali complicano le operazioni di allestimento. This constructive choice determines in the first place the realization of windings of enormous coils, which complicate the set-up operations.

Ciò è oltremodo riscontrabile laddove si consideri che, soprattutto per trasformatori destinati a prove dielettriche, il mercato del settore richiede per essi classe di isolamento di 400/500 kV a frequenze industriali, quindi, piuttosto voluminosi. This is particularly evident when it is considered that, especially for transformers intended for dielectric tests, the market in the sector requires for them an insulation class of 400/500 kV at industrial frequencies, therefore, rather bulky.

In secondo luogo, qualsiasi problema o guasto che si verifica nell’avvolgimento, ad esempio a seguito di cortocircuiti, scariche parziali, sovratensioni, cadute di tensione o altro, causa inevitabilmente la necessità di sostituire l’intero avvolgimento, con gli evidenti svantaggi che questo comporta in termini di tempi di intervento e di costi da sostenere. Secondly, any problem or failure that occurs in the winding, for example as a result of short circuits, partial discharges, overvoltages, voltage drops or other, inevitably causes the need to replace the entire winding, with the obvious disadvantages that this involves in terms of intervention times and costs to be incurred.

La presente invenzione intende superare gli inconvenienti dell’arte anteriore testé citati. The present invention intends to overcome the drawbacks of the aforementioned prior art.

Più in dettaglio, scopo principale dell’invenzione è fornire un trasformatore ottimizzato, in particolare per l’esecuzione di prove dielettriche, in cui almeno uno tra gli avvolgimenti di alta e bassa tensione sia composto, a parità di potenza elettrica, da bobine di dimensioni assiali più contenute rispetto a trasformatori noti. More in detail, the main purpose of the invention is to provide an optimized transformer, in particular for carrying out dielectric tests, in which at least one of the high and low voltage windings is composed, for the same electrical power, of coils of dimensions axial smaller than known transformers.

Nell’ambito di tale scopo, è compito dell’invenzione semplificare rispetto all’arte nota l’allestimento di un trasformatore quanto meno in rapporto agli avvolgimenti. Within this scope, it is the task of the invention to simplify the setting up of a transformer with respect to the known art, at least in relation to the windings.

E’ un secondo scopo della presente invenzione limitare rispetto allo stato attuale dell’arte gli effetti negativi derivanti da un guasto qualsiasi su un punto di almeno uno degli avvolgimenti a bobina di un trasformatore monofase. It is a second purpose of the present invention to limit, with respect to the current state of the art, the negative effects deriving from any fault on a point of at least one of the coil windings of a single-phase transformer.

Nell’ambito di tale secondo scopo, è compito dell’invenzione rendere più agevoli, più rapide e meno onerose anche sotto il profilo economico le operazioni di manutenzione, riparazione e sostituzione che devono essere eseguite sugli avvolgimenti di un trasformatore. As part of this second purpose, it is the task of the invention to make the maintenance, repair and replacement operations that must be performed on the windings of a transformer easier, faster and less costly.

E’ un non ultimo scopo della presente invenzione rendere disponibile un trasformatore ottimizzato, in particolare per l’esecuzione di prove dielettriche, che sia fabbricabile tramite le tecniche attuali senza aggravio di tempi e costi per il costruttore e sia in grado di soddisfare le richieste del mercato a prezzi competitivi. It is a not least object of the present invention to make available an optimized transformer, in particular for the execution of dielectric tests, which can be manufactured using current techniques without increasing time and costs for the manufacturer and is able to satisfy the requirements of the market at competitive prices.

Gli scopi detti vengono raggiunti da un trasformatore ottimizzato, in particolare per l’esecuzione di prove dielettriche come alla rivendicazione 1 allegata, cui si rimanda per brevità. The aforementioned purposes are achieved by an optimized transformer, in particular for carrying out dielectric tests as per the attached claim 1, to which reference should be made for the sake of brevity.

Altre caratteristiche di dettaglio del trasformatore ottimizzato dell’invenzione sono riportate nelle rivendicazioni dipendenti successive. Other detailed features of the optimized transformer of the invention are reported in the subsequent dependent claims.

Vantaggiosamente, almeno uno degli avvolgimenti, di preferenza il primario, del trasformatore ottimizzato dell’invenzione, è del tipo definito “a sigaro” ed è realizzato mediante una pluralità di bobine elementari, indipendenti e fisicamente distinte tra loro. Advantageously, at least one of the windings, preferably the primary, of the optimized transformer of the invention, is of the type defined as "cigar" and is made by means of a plurality of elementary coils, independent and physically distinct from each other.

Nel trasformatore dell’invenzione, la connessione elettrica tra ognuna delle bobine determina nel suo complesso un avvolgimento di proporzioni pari a quelle di avvolgimenti equivalenti di tipo noto nei quali un unico avvolgimento continuo si sviluppa lungo l’intero percorso definito dai vari strati. In the transformer of the invention, the electrical connection between each of the coils determines as a whole a winding of proportions equal to those of equivalent windings of a known type in which a single continuous winding develops along the entire path defined by the various layers.

Ciò consente la predisposizione di avvolgimenti di bobine di dimensioni ridotte rispetto a quelle degli avvolgimenti dei trasformatori noti. This allows the arrangement of windings of coils of reduced dimensions with respect to those of the windings of known transformers.

Ancora vantaggiosamente, l’eventuale guasto subito da una delle bobine appartenente all’avvolgimento comporta l’intervento di sostituzione soltanto di quella specifica bobina e non dell’intero avvolgimento, come avviene invece nell’arte nota. Still advantageously, any failure suffered by one of the coils belonging to the winding involves the intervention of replacing only that specific coil and not the entire winding, as occurs instead in the known art.

Si ottengono, in tal modo, evidenti e notevoli benefici sia per quanto concerne i tempi di intervento dell’operatore sia in termini di costi da sostenere per tali interventi. In this way, clear and significant benefits are obtained both in terms of operator intervention times and in terms of costs to be incurred for such interventions.

Altrettanto vantaggiosamente, il trasformatore dell’invenzione risulta di agevole allestimento da parte di un qualsiasi addetto esperto in queste opere nell’industria elettrotecnica. Equally advantageously, the transformer of the invention is easy to set up by any person skilled in these works in the electrotechnical industry.

Gli scopi ed i vantaggi detti risulteranno in misura maggiore con la descrizione che segue di una preferita forma esecutiva dell’invenzione, data a titolo indicativo ma non limitativo, con riferimento alle allegate tavole di disegno in cui: The aforementioned purposes and advantages will emerge to a greater extent with the following description of a preferred embodiment of the invention, given as an indication but not of limitation, with reference to the attached drawing tables in which:

- la figura 1 è la vista in sezione longitudinale del trasformatore ottimizzato dell’invenzione; - Figure 1 is the longitudinal section view of the optimized transformer of the invention;

- la figura 2 è la vista in sezione trasversale del trasformatore di figura 1; Figure 2 is the cross-sectional view of the transformer of Figure 1;

- la figura 3 è un ingrandimento di una porzione del trasformatore di figura 1; Figure 3 is an enlargement of a portion of the transformer of Figure 1;

- la figura 4 è un dettaglio ingrandito di figura 3; - la figura 5 è un dettaglio ingrandito di figura 4. Il trasformatore monofase ottimizzato secondo l’invenzione, impiegato specialmente per l’esecuzione di prove dielettriche, è mostrato in sezione nelle figure 1 e 2, ove viene globalmente indicato con 1. Si osserva che il trasformatore ottimizzato 1 comprende: - figure 4 is an enlarged detail of figure 3; - figure 5 is an enlarged detail of figure 4. The single-phase transformer optimized according to the invention, used especially for carrying out dielectric tests, is shown in section in figures 1 and 2, where it is globally indicated with 1. It is observed that the optimized transformer 1 includes:

- una cassa di contenimento 2 che viene disposta su una struttura di supporto S, ad esempio il pavimento di uno stabilimento industriale; - a containment box 2 which is arranged on a support structure S, for example the floor of an industrial plant;

- un nucleo magnetico, nel complesso numerato con 3, posto all’interno della cassa di contenimento 2; - un avvolgimento primario, nel complesso indicato con 4, associato al nucleo magnetico 3 ed adatto in questo caso ad essere elettricamente connesso, in corrispondenza dell’uscita 5 presente nella cassa di contenimento 2, ad un carico utilizzatore, non raffigurato e costituito ad esempio da un’apparecchiatura elettrica da testare; - a magnetic core, overall numbered with 3, placed inside the containment case 2; - a primary winding, indicated as a whole with 4, associated with the magnetic core 3 and suitable in this case to be electrically connected, at the output 5 present in the containment box 2, to a user load, not shown and constituted for example from an electrical equipment to be tested;

- un avvolgimento secondario, nell’insieme segnalato con 6, magneticamente accoppiato all’avvolgimento primario 4 tramite il suddetto nucleo magnetico 3 e, nel caso in esame, adatto ad essere elettricamente connesso, in corrispondenza dei terminali connettori 7, a mezzi di alimentazione di energia elettrica, più precisamente un generatore di energia elettrica, non riportato. In accordo con l’invenzione, l’avvolgimento primario 4 comprende una pluralità di strati 8 l’uno affacciato all’altro, individuanti direzioni lineari Y sostanzialmente parallele tra loro, ognuno dei quali include una serie di bobine elementari ed indipendenti l’una dall’altra, elettricamente connesse tra loro. - a secondary winding, indicated as a whole with 6, magnetically coupled to the primary winding 4 by means of the aforementioned magnetic core 3 and, in the case in question, suitable for being electrically connected, at the connector terminals 7, to power supply means electricity, more precisely an electricity generator, not reported. According to the invention, the primary winding 4 comprises a plurality of layers 8 facing each other, identifying linear directions Y substantially parallel to each other, each of which includes a series of elementary and independent coils. other, electrically connected to each other.

La cassa di contenimento 2 è del tipo di per sé noto nel settore di cui si tratta, realizzata ad esempio in materiale metallico. The containment box 2 is of the type known per se in the sector in question, made for example of metallic material.

Anche il nucleo magnetico 3 presenta forma e composizione del tipo di per sé noti nell’ambito dell’industria elettrotecnica: in particolare, il nucleo magnetico è del tipo cosiddetto a colonna ed è formato da una pluralità di lamierini a bassa cifra di perdita tra loro impaccati. The magnetic core 3 also has a shape and composition of the type known per se in the electrotechnical industry: in particular, the magnetic core is of the so-called column type and is formed by a plurality of low-loss laminations. packed.

Il nucleo magnetico 3 presenta in sezione longitudinale un profilo rettangolare, comprendendo due colonne contrapposte 31, 32, sulla seconda delle quali sono disposti gli avvolgimenti 4 e 6, raccordate tra loro da due gioghi 33, 34 che vengono compattatati mediante organi pressagioghi 9, 10 in materiale metallico, uno dei quali collegato alla cassa di contenimento 2 tramite mezzi di ancoraggio, complessivamente segnalati con 11 e l’altro appoggiato ad un piano di riferimento 12. The magnetic core 3 has a rectangular profile in longitudinal section, comprising two opposing columns 31, 32, on the second of which the windings 4 and 6 are arranged, joined together by two yokes 33, 34 which are compacted by means of jaw pressing members 9, 10 made of metal material, one of which is connected to the containment box 2 by means of anchoring means, indicated as a whole with 11 and the other resting on a reference plane 12.

Le figure 1 e 2 mostrano altresì alcuni degli altri tradizionali organi componenti di un trasformatore, specie per l’esecuzione di prove dielettriche, previsti anche dal trasformatore ottimizzato 1 dell’invenzione, quali gli isolatori di alta tensione 13, collegati all’avvolgimento primario 4, gli isolatori di bassa tensione 14, collegati all’avvolgimento secondario 6. Figures 1 and 2 also show some of the other traditional components of a transformer, especially for carrying out dielectric tests, also provided by the optimized transformer 1 of the invention, such as the high voltage insulators 13, connected to the primary winding 4 , the low voltage insulators 14, connected to the secondary winding 6.

In figura 2 è rappresentato, inoltre, il conservatore di espansione 15 contenente l’olio a caldo utilizzato come liquido refrigerante ed isolante preposto allo smaltimento del calore prodotto all’interno della cassa di contenimento 2 del trasformatore 1. Figure 2 also shows the expansion conservator 15 containing the hot oil used as a coolant and insulator for the disposal of the heat produced inside the containment box 2 of the transformer 1.

Come detto, nel caso in esame e di preferenza, l’avvolgimento primario 4 comprende gli strati suddetti, nella fattispecie in numero di quattro, l’uno affacciato all’altro. As mentioned, in the case in question and preferably, the primary winding 4 includes the aforementioned layers, in this case four in number, one facing the other.

L’avvolgimento secondario, o di bassa tensione, 6, infatti, comprende due piastre conduttrici accoppiate da parti simmetricamente contrapposte alla colonna 32 del nucleo magnetico 3. The secondary winding, or low voltage winding, 6, in fact, includes two conductive plates coupled by parts symmetrically opposite to the column 32 of the magnetic core 3.

In ulteriori forme costruttive del trasformatore dell’invenzione, non illustrate nei disegni allegati, il numero di strati presente nell’avvolgimento primario potrà essere diverso da quello sopra indicato, dipendendo esso dalle scelte progettuali e dai valori di tensione elettrica da raggiungere. In further constructive forms of the transformer of the invention, not illustrated in the attached drawings, the number of layers present in the primary winding may be different from that indicated above, depending on the design choices and the electrical voltage values to be achieved.

Potranno sussistere, altresì, altre varianti esecutive dell’invenzione, non raffigurate, in cui soltanto l’avvolgimento secondario comprende gli strati oppure tanto l’avvolgimento primario quanto l’avvolgimento secondario comprendono tali strati. There may also be other executive variants of the invention, not shown, in which only the secondary winding includes the layers or both the primary winding and the secondary winding include these layers.

Gli avvolgimenti 4 e 6 sono magneticamente accoppiati alla colonna 32 del nucleo magnetico 3, con l’avvolgimento primario 4 che avvolge l’avvolgimento secondario 6 tramite l’interposizione di uno schermo isolante 16 e, di conseguenza, la colonna 32 del nucleo magnetico 3 rispetto alla quale è coassiale. In particolare, le direzioni lineari Y individuate dai vari strati 8 dell’avvolgimento primario 4 sono parallele non solo tra loro ma anche alle colonne 31 e 32 del nucleo magnetico 3. The windings 4 and 6 are magnetically coupled to the column 32 of the magnetic core 3, with the primary winding 4 which winds the secondary winding 6 through the interposition of an insulating screen 16 and, consequently, the column 32 of the magnetic core 3 with respect to which it is coaxial. In particular, the linear directions Y identified by the various layers 8 of the primary winding 4 are parallel not only to each other but also to the columns 31 and 32 of the magnetic core 3.

Nei disegni allegati alla presente descrizione, le varie bobine con cui è formato l’avvolgimento primario 4 sono indicate rispettivamente con: In the drawings attached to this description, the various coils with which the primary winding 4 is formed are indicated respectively with:

• A, se appartenenti al primo strato, quello più ravvicinato al nucleo magnetico 3; • A, if belonging to the first layer, the one closest to the magnetic core 3;

• B, se appartenenti al secondo strato; • B, if belonging to the second layer;

• C, se appartenenti al terzo strato; • C, if belonging to the third layer;

• D, se appartenenti al quarto strato, quello più lontano dal nucleo magnetico 3. • D, if belonging to the fourth layer, the one furthest from the magnetic core 3.

Le bobine sono collegate in serie tra loro e disposte l’una consecutivamente all’altra lungo il percorso tortuoso definito dagli strati 8 dell’avvolgimento primario 4. The coils are connected in series with each other and arranged one after the other along the tortuous path defined by the layers 8 of the primary winding 4.

Le suddette bobine includono il medesimo numero di spire, ognuna di esse producendo, preferibilmente ma non necessariamente, una tensione elettrica di 20 kV. Il trasformatore ottimizzato 1 comprende, inoltre, una pluralità di tacche distanziatrici 17 che separano l’una dall’altra le bobine in ognuno degli strati 8, come meglio evidenzia la figura 3. The aforesaid coils include the same number of turns, each of them producing, preferably but not necessarily, an electrical voltage of 20 kV. The optimized transformer 1 also includes a plurality of spacer notches 17 that separate the coils in each of the layers 8 from each other, as shown in Figure 3.

L’altezza di ognuno degli strati 8 diminuisce in modo graduale e prestabilito, in base alle scelte costruttive, a partire dalla colonna 32 del nucleo magnetico 3 e secondo una direzione longitudinale X ortogonale alle direzioni lineari Y individuate dagli strati 8. The height of each of the layers 8 decreases gradually and predetermined, based on the construction choices, starting from the column 32 of the magnetic core 3 and according to a longitudinal direction X orthogonal to the linear directions Y identified by the layers 8.

La bobina terminale di uno strato 8 è elettricamente connessa alla bobina terminale dello strato 8 immediatamente successivo tramite un raccordo intermedio 18 che ripartisce la tensione elettrica in modo da evitarne picchi. The terminal coil of a layer 8 is electrically connected to the terminal coil of the immediately following layer 8 by means of an intermediate connector 18 which distributes the electrical voltage so as to avoid peaks thereof.

Il raccordo intermedio 18 è affacciato alle estremità di ognuno degli strati 8 per interporsi tra un qualsiasi strato 8 e gli organi pressagioghi 9, 10 tra loro contrapposti interni alla cassa di contenimento 2. The intermediate connection 18 faces the ends of each of the layers 8 to interpose between any layer 8 and the jig pressing members 9, 10 opposite each other inside the containment box 2.

Nella fattispecie, tramite un raccordo intermedio 18 l’ultima bobina A del primo strato 8 è collegata alla prima bobina B del secondo strato 8 adiacente, l’ultima bobina B del secondo strato 8 è collegata alla prima bobina C del terzo strato 8 e l’ultima bobina C del terzo strato 8 è connessa alla prima bobina D del quarto strato 8. In this case, through an intermediate connector 18 the last coil A of the first layer 8 is connected to the first coil B of the adjacent second layer 8, the last coil B of the second layer 8 is connected to the first coil C of the third layer 8 and The last coil C of the third layer 8 is connected to the first coil D of the fourth layer 8.

Il raccordo intermedio 18 presenta un profilo 18’ di forma sostanzialmente semiellittica che include una superficie piana 18a affacciata alle bobine di due strati 8 tra loro contigui e successivi, come si nota ad esempio in figura 4 per le bobine indicate con C e le bobine indicate con D. The intermediate fitting 18 has a substantially semi-elliptical profile 18 'which includes a flat surface 18a facing the coils of two adjacent and successive layers 8, as can be seen for example in figure 4 for the coils indicated with C and the coils indicated with D.

Il raccordo intermedio 18 è, altresì, ricoperto da una carta laminare 19, ben visibile in figura 5, adatta a rendere equipotenziale la superficie esterna 18b del raccordo intermedio 18. The intermediate connection 18 is also covered with a laminar paper 19, clearly visible in figure 5, suitable for making the external surface 18b of the intermediate connection 18 equipotential.

Il trasformatore ottimizzato 1 comprende anche: Optimized transformer 1 also includes:

- un terminale a tensione ridotta 20, ben visibile alle figure 3 e 5, adatto a ripartire la tensione elettrica, affacciato alla prima bobina A dello strato 8 a lunghezza maggiore e più vicino alla colonna 32 del nucleo magnetico 3; - a reduced voltage terminal 20, clearly visible in Figures 3 and 5, suitable for dividing the electric voltage, facing the first coil A of the longer length layer 8 and closer to the column 32 of the magnetic core 3;

- un terminale a tensione piena 21, ben visibile alle figure 3 e 4, adatto a ripartire la tensione elettrica, affacciato all’ultima bobina D dello strato 8 a lunghezza minore e più lontano dalla colonna 32 nucleo magnetico 3. - a full voltage terminal 21, clearly visible in figures 3 and 4, suitable for distributing the electrical voltage, facing the last coil D of the shorter length layer 8 and farther away from the column 32 magnetic core 3.

Il terminale a tensione ridotta 20 ed il terminale a tensione piena 21 sono interposti tra uno degli strati 8 ed uno degli organi pressagioghi 9, 10. The reduced voltage terminal 20 and the full voltage terminal 21 are interposed between one of the layers 8 and one of the jig pressing members 9, 10.

Anche il terminale a tensione ridotta 20 ed il terminale a tensione piena 21 sono rivestiti con carta laminare per renderli equipotenziali. The reduced voltage terminal 20 and the full voltage terminal 21 are also coated with laminar paper to make them equipotential.

In virtù di questi accorgimenti costruttivi, nel caso in esame, ad esempio, la diminuzione progressiva dell’altezza degli strati 8 lungo la direzione longitudinale X consente di raggiungere valori di tensione elettrica V suddivisi nel modo seguente lungo l’avvolgimento primario 4, partendo da un valore V = 0 V sul terminale a tensione ridotta 20: • V = 160 kV al primo raccordo intermedio 18 compreso tra il primo ed il secondo strato 8; By virtue of these constructive expedients, in the case in question, for example, the progressive decrease in the height of the layers 8 along the longitudinal direction X allows to reach electric voltage values V divided in the following way along the primary winding 4, starting from a value V = 0 V on the reduced voltage terminal 20: • V = 160 kV at the first intermediate fitting 18 between the first and the second layer 8;

• V = 300 kV al secondo raccordo intermedio 18 compreso tra il secondo ed il terzo strato 8; • V = 300 kV at the second intermediate connection 18 between the second and third layer 8;

• V = 420 kV al terzo raccordo intermedio 18 compreso tra il terzo ed il quarto strato 8; • V = 420 kV at the third intermediate connection 18 between the third and fourth layer 8;

• V = 500 kV sul terminale a tensione piena 21. • V = 500 kV on full voltage terminal 21.

Vantaggiosamente, il trasformatore comprende un anello di pressatura 22 disposto a ridosso del terminale a tensione ridotta 21 ed interposto tra quest’ultimo e l’organo pressagioghi 9. Advantageously, the transformer includes a pressing ring 22 arranged close to the reduced voltage terminal 21 and interposed between the latter and the jig pressing member 9.

Tale anello di pressatura svolge anche la funzione di proteggere lateralmente l’avvolgimento primario 4 in corrispondenza del primo strato 8. This pressing ring also performs the function of laterally protecting the primary winding 4 in correspondence with the first layer 8.

Secondo la preferita forma esecutiva qui descritta dell’invenzione, il trasformatore ottimizzato 1 include una serie di pile 23 di anelli di pressatura 24, interposte tra ognuno degli organi pressagioghi 9, 10 e l’avvolgimento primario 4 e poste a ridosso dei raccordi intermedi 18 e del terminale a tensione piena 21. According to the preferred embodiment of the invention described here, the optimized transformer 1 includes a series of stacks 23 of pressing rings 24, interposed between each of the jig pressing members 9, 10 and the primary winding 4 and placed close to the intermediate fittings 18 and full voltage terminal 21.

L’altezza di tali pile 23 aumenta progressivamente al diminuire dell’altezza degli strati 8 dell’avvolgimento primario 4 lungo la direzione longitudinale X e, quindi, all’aumentare della distanza laterale tra l’avvolgimento primario 4 e gli organi pressagioghi 9, 10. The height of these stacks 23 increases progressively as the height of the layers 8 of the primary winding 4 decreases along the longitudinal direction X and, therefore, as the lateral distance between the primary winding 4 and the needle-pressing members 9, 10 increases. .

Poiché al diminuire dell’altezza degli strati 8 lungo la direzione longitudinale X corrisponde anche un aumento della tensione elettrica nell’avvolgimento primario 4, l’altezza delle pile 23 è direttamente proporzionale alla tensione elettrica che si riscontra nell’avvolgimento primario 4 passando dal primo strato 8, vicino al nucleo magnetico 3, al quarto strato 8, quello più lontano dal nucleo magnetico 3. Since the decrease in the height of the layers 8 along the longitudinal direction X also corresponds to an increase in the electrical voltage in the primary winding 4, the height of the batteries 23 is directly proportional to the electrical voltage found in the primary winding 4 passing from the first layer 8, near the magnetic core 3, the fourth layer 8, the one furthest from the magnetic core 3.

Nel dettaglio, gli anelli di pressatura 24 di una medesima pila 23 presentano spessore variabile, fermo restando il fatto che gli anelli di pressatura 23 di più ridotto spessore sono posizionati in prossimità dei raccordi intermedi 18 e del terminale a tensione piena 21, come meglio si rileva dalle figure 3-5. In detail, the pressing rings 24 of the same stack 23 have variable thickness, without prejudice to the fact that the pressing rings 23 of smaller thickness are positioned in proximity to the intermediate fittings 18 and the full tension terminal 21, as best shown notes from figures 3-5.

Il trasformatore ottimizzato 1 comprende, inoltre, una pluralità di elementi isolanti 25 adatti a limitare il campo elettrico all’interno della cassa di contenimento 2, disposti l’uno affiancato all’altro tra ognuno degli strati 8 e tra lo strato 8 a lunghezza minore e la cassa di contenimento 2. The optimized transformer 1 also comprises a plurality of insulating elements 25 suitable for limiting the electric field inside the enclosure 2, arranged side by side between each of the layers 8 and between the shorter length layer 8. and the containment box 2.

Ciascuno degli elementi isolanti 25 comprende un cilindro laminare realizzato in cartone, carta o altro materiale a base di cellulosa simile ed idoneo, dimensionati in maniera tale da sopportare le sollecitazioni meccaniche ed elettriche cui è sottoposto il trasformatore ottimizzato 1. Each of the insulating elements 25 comprises a laminar cylinder made of cardboard, paper or other similar and suitable cellulose-based material, sized in such a way as to withstand the mechanical and electrical stresses to which the optimized transformer 1 is subjected.

In modo preferito ma non vincolante, il trasformatore ottimizzato 1 comprende mezzi di schermatura, nel complesso indicati con 26, interposti tra alcuni elementi isolanti 25 ed alcuni anelli di pressatura 24 in corrispondenza dei raccordi intermedi 18 e del terminale a tensione piena 21. Preferably but not bindingly, the optimized transformer 1 comprises shielding means, indicated as a whole with 26, interposed between some insulating elements 25 and some pressing rings 24 in correspondence with the intermediate fittings 18 and the full voltage terminal 21.

I mezzi di schermatura 26 aumentano la protezione dell’avvolgimento primario 4 da eventuali scariche elettriche, cadute di tensione, sovratensioni e così via in quanto creano tra gli elementi isolanti 25 canali che costringono tali effetti anomali a compiere un percorso obbligato e tortuoso che ne provoca la dissipazione, impedendo di fatto che raggiungano l’avvolgimento primario 4. The shielding means 26 increase the protection of the primary winding 4 from possible electric discharges, voltage drops, overvoltages and so on since they create 25 channels between the insulating elements which force these anomalous effects to follow an obligatory and tortuous path which causes them dissipation, effectively preventing them from reaching the primary winding 4.

Come meglio evidenzia la figura 5, i mezzi di schermatura 26 comprendono, preferibilmente ma non necessariamente, una pluralità di anelli laminari 27 ed una pluralità di cappe laminari 28, contrapposte ed affacciate agli anelli laminari 27. As Figure 5 better shows, the shielding means 26 preferably but not necessarily comprise a plurality of laminar rings 27 and a plurality of laminar hoods 28, opposite and facing the laminar rings 27.

In particolare, un tratto degli anelli laminari 27 e delle cappe laminari 28 è interposto tra gli anelli di pressatura 24 a più ridotto spessore, situati in corrispondenza dei raccordi intermedi 18 e del terminale a tensione piena 21. In particular, a portion of the laminar rings 27 and the laminar hoods 28 is interposed between the pressing rings 24 with a smaller thickness, located in correspondence with the intermediate fittings 18 and the full tension terminal 21.

Ciascuno degli anelli laminari 27 ed ognuna delle cappe sagomate presentano, di preferenza, un profilo a forma sostanzialmente di L. Each of the laminar rings 27 and each of the shaped hoods preferably have a substantially L-shaped profile.

Inoltre, tanto gli anelli laminari 27 quanto le cappe sagomate sono realizzati in cartone, carte o altro materiale comunque derivato dalla cellulosa. Furthermore, both the laminar rings 27 and the shaped hoods are made of cardboard, paper or other material in any case derived from cellulose.

Il funzionamento del trasformatore ottimizzato monofase 1 dell’invenzione risulta sostanzialmente equivalente a quello dei comuni trasformatori oggi reperibili sul mercato, cui si rimanda per comodità espositiva. The operation of the optimized single-phase transformer 1 of the invention is substantially equivalent to that of the common transformers currently available on the market, to which reference should be made for the sake of convenience.

Le caratteristiche peculiari del trasformatore ottimizzato 1 si estrinsecano, infatti, nella composizione costruttiva dell’avvolgimento, specie quello di alta tensione o primario numerato con 4, che consente di limitare rispetto all’arte nota gli effetti dannosi derivanti da un impulso elettrico, una sovratensione, un cortocircuito o eventi simili su un punto qualsiasi dell’avvolgimento stesso. The peculiar characteristics of the optimized transformer 1 are expressed, in fact, in the constructive composition of the winding, especially the high voltage or primary winding numbered with 4, which allows to limit, with respect to the prior art, the harmful effects deriving from an electrical impulse, an overvoltage , a short circuit or similar events on any point of the winding itself.

In tale evenienza sarà necessario nel trasformatore dell’invenzione provvedere alla sola sostituzione della bobina colpita dalla scarica o impulso, con gli evidenti vantaggi che ne conseguono. In this case it will be necessary in the transformer of the invention to provide only for the replacement of the coil affected by the discharge or pulse, with the obvious advantages that this entails.

Sulla base di quanto esposto, si comprende, perciò, come il trasformatore ottimizzato dell’invenzione, in particolare per l’esecuzione di prove dielettriche, raggiunga gli scopi e realizzi i vantaggi menzionati in precedenza. Based on the foregoing, it is therefore understood how the optimized transformer of the invention, in particular for carrying out dielectric tests, achieves the purposes and achieves the advantages mentioned above.

In fase di esecuzione, potranno essere apportate modifiche al trasformatore ottimizzato, in particolare per l’esecuzione di prove dielettriche dell’invenzione consistenti, ad esempio, in più di un solo nucleo magnetico all’interno alla cassa di contenimento. During the execution phase, changes may be made to the optimized transformer, in particular for the execution of dielectric tests of the invention consisting, for example, of more than one magnetic core inside the containment case.

Inoltre, il numero di strati potrà variare a seconda delle scelte costruttive e delle potenze elettriche da sviluppare, potendo tale numero risultare diverso da quello descritto in precedenza ed illustrato nei disegni allegati. Furthermore, the number of layers may vary according to the constructive choices and the electrical powers to be developed, as this number may be different from that described previously and illustrated in the attached drawings.

E’ chiaro che numerose altre varianti possono essere apportate al trasformatore ottimizzato in questione, senza per questo uscire dai principi di novità insiti nell’idea inventiva qui espressa, così come è chiaro che, nella pratica attuazione dell’invenzione, i materiali, le forme e le dimensioni dei dettagli illustrati potranno essere qualsiasi, a seconda delle esigenze, e sostituiti con altri tecnicamente equivalenti. It is clear that numerous other variants can be made to the optimized transformer in question, without thereby departing from the principles of novelty inherent in the inventive idea expressed here, just as it is clear that, in the practical implementation of the invention, the materials, the shapes and the dimensions of the illustrated details may be any, according to requirements, and replaced with other technically equivalent ones.

Claims

CLAIMS 1. Optimized transformer (1), in particular for performing dielectric tests, including: - a containment box (2) adapted to be arranged on a support structure; - at least one magnetic core (3) placed inside said containment box (2); - a primary winding (4), coupled to said magnetic core (3); - a secondary winding (6), magnetically coupled to said primary winding (4) by means of said magnetic core (3), characterized in that at least one of said primary winding (4) and said secondary winding (6) comprises two or more layers (8) facing each other, identifying linear directions (Y) substantially parallel to each other, each of said layers (8) including a plurality of elementary and independent coils from each other, electrically connected to each other.

2. Transformer (1) as in claim 1) characterized by the fact that said primary winding (4) includes two or more layers (8) facing each other.

3. Transformer as in claim 1) characterized by the fact that said primary winding comprises two or more layers facing each other.

4. Transformer as in claim 1) characterized in that said primary winding and said secondary winding each comprise two or more layers facing each other.

5. Transformer (1) as any one of the preceding claims characterized in that said magnetic core (3) is of the column type and said windings (4, 6) are magnetically coupled to one of said columns (31, 32), with said primary winding (4) which winds said secondary winding (6) through the interposition of an insulating screen (16) and is coaxial to said column (32) of said magnetic core (3).

6. Transformer (1) as any one of the preceding claims characterized in that said coils include the same number of turns, each of them being able to produce an electrical voltage of 20 kV.

7. Transformer (1) as any of the preceding claims characterized by the fact that said coils are connected in series with each other and arranged one after the other.

8. Transformer (1) as any of the preceding claims characterized by the fact that it comprises a plurality of spacer notches (17) which separate said coils from each other in each of said layers (8).

9. Transformer (1) as per claim 5) characterized in that the height of each of said layers (8) decreases gradually and predetermined starting from said column (32) of said magnetic core (3) and according to a longitudinal direction (X) orthogonal to said linear directions (Y) defined by said layers (8).

10. Transformer (1) as per claim 9) characterized by the fact that the terminal coil of a layer (8) is electrically connected to the terminal coil of the subsequent layer (8) by means of an intermediate connector (18), suitable for distributing the electrical voltage , facing the ends of each of said layers (8) to interpose between each of said layers (8) and a pair of jig presses (9, 10) opposite each other arranged inside said containment box (2).

11. Transformer (1) as per claim 10) characterized in that said intermediate connector (18) is covered with a laminar paper (19) suitable to make equipotential the external surface (18b) of said intermediate connector (18).

12. Transformer (1) as per claim 10) characterized in that said intermediate connector (18) has a profile (18 ') of a substantially semi-elliptical shape which includes a flat surface (18a) facing said coils of two of said layers ( 8) contiguous to each other.

13. Transformer (1) as per claim 10) characterized in that it comprises: - a reduced voltage terminal (20), suitable for dividing the electric voltage, facing the first coil of the layer (8) having a greater length and closer to said column (32) of said magnetic core (3); - a full voltage terminal (21), suitable for distributing said electrical voltage, facing the last coil of the layer (8) with a shorter length and farther away from said column (32) of said magnetic core (3), said reduced voltage (20) and full (21) terminals being interposed between said layer (8) and one of said jig pressing members (9, 10).

14. Transformer (1) as per claim 13) characterized in that it comprises at least one pressing ring (22) arranged close to said reduced voltage terminal (20) and interposed between said reduced voltage terminal (20) and one of said press organs (9, 10).

15. Transformer (1) as per claim 13) characterized in that it comprises a plurality of stacks (23) of pressing rings (24) interposed between each of said press rings (9, 10) and said primary winding (4) and placed adjacent to each of said intermediate fittings (18) and of said full voltage terminal (21).

16. Transformer (1) as per claim 15) characterized by the fact that the height of said pile (23) increases progressively as the height of said layers (8) of said primary winding (4) decreases.

17. Transformer (1) as per claim 15) characterized by the fact of comprising one or more insulating elements (25) able to limit the electric field inside said containment box (2), arranged side by side between each of said layers (8) and between the shorter length layer (8) and said containment box (2).

18. Transformer (1) as in claim 17) characterized in that each of said insulating elements (25) comprises a laminar cylinder made of paper, cardboard or other similar cellulose-based material.

19. Transformer (1) as per claim 17) characterized in that it comprises shielding means (26), interposed between one or more of said insulating elements (25) and between one or more of said pressing rings (24) in correspondence of said intermediate fittings (18) and of said full voltage terminal (21), adapted to increase the protection of said primary winding (4) from overvoltages, electric discharges, voltage drops or other.

20. Transformer (1) as per claim 19) characterized in that said shielding means (26) include one or more laminar rings (27) and one or more laminar hoods (28), facing and opposite said laminar rings (27) ).

21. Transformer (1) as per claim 20) characterized in that each of said laminar rings (27) and each of said laminar hoods (28) have a substantially L-shaped profile.

22. Transformer (1) as per claim 20) characterized in that each of said laminar rings (27) and each of said shaped hoods (28) are made of paper, cardboard or other material derived from cellulose.