ITVI20080124A1 - Trasformatore a schermatura ottimizzata, in particolare per l'esecuzione di prove dielettriche. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell’invenzione industriale

La presente invenzione riguarda un trasformatore a schermatura ottimizzata, in particolare per l’esecuzione di prove dielettriche.

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 testare 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.

Il trasformatore monofase comprende due o più circuiti induttori, denominati avvolgimento 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.

L’avvolgimento primario e l’avvolgimento secondario sono detti anche in gergo tecnico avvolgimento di alta tensione ed avvolgimento di bassa tensione rispettivamente.

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 ad 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”.

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.

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.

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.

La giunzione tra le colonne ed i gioghi costituisce un traferro il cui spessore deve essere ridotto per minimizzare la riluttanza del circuito magnetico.

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, più diffusa, o alternata, meno comune.

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.

Il trasformatore prevede, altresì, opportuni canali tra gli avvolgimenti, adatti a favorire il passaggio di un fluido refrigerante, ad esempio olio minerale o aria in ventilazione naturale o forzata, per smaltire la potenza dissipata tanto nel nucleo ferromagnetico, a causa di isteresi e correnti parassite, quanto negli avvolgimenti per effetto Joule.

Il trasformatore comprende, inoltre, una cassa di contenimento, realizzata in materiale metallico, specie per installazioni all’esterno, oppure in materiale isolante, ed un serbatoio di espansione del fluido refrigerante, comunemente detto conservatore. Gli organi componenti sopra descritti, quali il nucleo magnetico, gli avvolgimenti e gli organi pressagioghi sono collocati all’interno della cassa di contenimento, mentre il conservatore è accoppiato esternamente alla cassa di contenimento.

Un trasformatore per prove dielettriche prevede l’applicazione di una tensione elettrica prefissata a frequenze industriali per un dato intervallo di tempo, con lo scopo di determinare per un apparato elettrico, in genere un ulteriore trasformatore, l’isolamento degli avvolgimenti verso le altre parti. 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, compresa tra frazioni di Ampere e 1/2 Ampere.

La presente invenzione riguarda trasformatori, specie per l’esecuzione di prove dielettriche, provvisti di avvolgimento cosiddetto “a sigaro”, realizzato in più strati tra loro affacciati la cui altezza diminuisce progressivamente, secondo una regola prestabilita, a partire dalla colonna su cui è avvolto l’avvolgimento verso la cassa di contenimento, in direzione ortogonale alla colonna stessa.

Come già detto, questo tipo di costruzione del trasformatore permette un migliore utilizzo dello spazio disponibile entro gli avvolgimenti e favorisce la limitazione delle dimensioni complessive della cassa di contenimento.

In tali trasformatori di tipo noto, tuttavia, permane un inconveniente legato agli eventuali impulsi di tensione elettrica, costituiti da sovratensioni, tensioni di cortocircuito, cadute di tensione o altro che, per un gioco di capacità parassite, si distribuiscono sulle varie sezioni dell’avvolgimento. Infatti, questi fenomeni, facilmente riscontrabili nella pratica, generano una serie di tensioni elettriche che, nei trasformatori noti, non si ripartiscono in modo controllato ed omogeneo sulle sezioni dell’avvolgimento.

Ciò è estremamente pericoloso in quanto le differenze di potenziale elettrico che si creano tra le sezioni dell’avvolgimento per effetto degli impulsi di tensione danneggiano talvolta anche irrimediabilmente l’avvolgimento, con gli evidenti svantaggi che ne derivano, quali la necessità di interventi di riparazione o sostituzione sempre sconvenienti in termini di tempi e costi.

La presente invenzione intende superare gli inconvenienti dell’arte anteriore testé citati.

Nello specifico, è scopo principale della presente invenzione mettere a punto un trasformatore a schermatura ottimizzata, in particolare per l’esecuzione di prove dielettriche, che operi una distribuzione degli impulsi di tensione elettrica sulle sezioni di almeno uno degli avvolgimenti più uniforme rispetto a trasformatori noti.

Nell’ambito di tale scopo, è compito dell’invenzione ridurre rispetto all’arte nota i rischi di danneggiamento anche irreparabile subiti da uno o più degli avvolgimenti di un trasformatore per effetto di impulsi di tensione elettrica incontrollati.

E’ un altro compito dell’attuale invenzione limitare rispetto alla tecnica attualmente nota gli interventi di manutenzione, riparazione e/o sostituzione degli avvolgimenti di un trasformatore, eliminando o riducendo fortemente rispetto all’arte anteriore i costi legati a tali operazioni.

Gli scopi detti vengono raggiunti da un trasformatore a schermatura ottimizzata, in particolare per l’esecuzione di prove dielettriche, come alla rivendicazione 1 allegata, cui si rinvia per brevità. Altre caratteristiche di dettaglio del trasformatore a schermatura ottimizzata dell’invenzione sono descritte nelle relative rivendicazioni dipendenti. Vantaggiosamente, il trasformatore dell’invenzione, grazie allo schermo sagomato avente superficie esterna metallica o metallizzata, preserva lo stato di integrità degli avvolgimenti in misura maggiore rispetto a trasformatori equivalenti di tipo noto. Nel caso di trasformatori con avvolgimento a più strati, lo schermo sagomato, in definitiva, permette di configurare l’avvolgimento stesso come un partitore capacitivo in cui due strati tra loro adiacenti ed affacciati formano un condensatore.

In tale evenienza, infatti, un impulso di tensione elettrica non interferisce direttamente con l’avvolgimento ma colpisce lo schermo sagomato che ripartisce capacitivamente la tensione elettrica sui vari strati dell’avvolgimento.

Ciò permette una distribuzione e, di conseguenza, un controllo dell’impulso di tensione elettrica che si genera internamente alla cassa di contenimento più uniforme rispetto alla tecnica equivalente anteriore. Altrettanto vantaggiosamente, la superficie esterna metallica ed equipotenziale dello schermo sagomato non pone vincoli alla connessione dell’isolatore, altro classico componente di un trasformatore, semplificando così le operazioni di allestimento e le scelte costruttive.

Ancora vantaggiosamente, nel caso di trasformatori a sigaro, lo schermo sagomato appartenente al trasformatore dell’invenzione rimuove la necessità, riscontrabile, invece, nella tecnica attuale, di isolare l’ultimo strato dell’avvolgimento primario. Gli scopi ed i vantaggi detti appariranno meglio evidenti dalla descrizione che segue, relativa ad una preferita forma esecutiva dell’invenzione, data a titolo indicativo ma non limitativo, con riferimento alle allegate tavole di disegno in cui:

- la figura 1 è la vista in sezione longitudinale del trasformatore dell’invenzione;

- la figura 2 è la vista in sezione trasversale del trasformatore di figura 1;

- la figura 3 è un ingrandimento di una porzione del trasformatore di figura 1;

- la figura 4 è un dettaglio ingrandito di figura 3. Il trasformatore monofase a schermatura ottimizzata dell’invenzione, adatto soprattutto per l’esecuzione di prove dielettriche, è illustrato in sezione nelle figure 1 e 2, dove viene globalmente indicato con 1. Come si osserva, il trasformatore a schermatura ottimizzata 1 comprende:

- una cassa di contenimento 2 che viene disposta su una struttura di supporto S, ad esempio il pavimento di uno stabilimento industriale;

- un nucleo magnetico, nel complesso numerato con 3, posto all’interno della cassa di contenimento 2; - un avvolgimento primario, nell’insieme indicato con 4, associato al nucleo magnetico 3 e che in questo caso, in corrispondenza dell’uscita 5 della cassa di contenimento 2, viene elettricamente connesso ad un carico utilizzatore, non illustrato e costituito, ad esempio, da un apparato elettrico da testare;

- un avvolgimento secondario, nell’insieme segnalato con 6, magneticamente accoppiato all’avvolgimento primario 4 tramite il nucleo magnetico 3 e che, nella fattispecie, in corrispondenza dei terminali di connessione 7 viene elettricamente connesso a mezzi di alimentazione d’energia elettrica, quali un generatore di energia elettrica, non mostrato. In accordo con l’invenzione, il trasformatore 1 comprende uno schermo sagomato, nel complesso indicato con 8, affacciato all’avvolgimento primario 4 e provvisto di una superficie esterna metallica 8a che, all’occorrenza, ripartisce in modo uniforme e capacitivo sull’avvolgimento primario 4 un eventuale impulso di tensione elettrica che giunge a colpire lo schermo sagomato 8.

Preferibilmente ma non necessariamente, lo schermo sagomato 8 comprende un rivestimento metallizzato 9, accoppiato al nucleo principale 10 dello schermo sagomato 8 stesso tramite mezzi di giunzione, non rappresentati e del tipo di per sé noto alla persona esperta del ramo.

Il rivestimento metallizzato 9 realizza, così, la superficie esterna metallica 8a, rendendola equipotenziale.

Lo schermo sagomato 8 è, inoltre, provvisto di una prima estremità 8b curva e convessa ed in sezione longitudinale presenta un profilo di forma sostanzialmente rettangolare che individua una direzione longitudinale Y1.

Per quanto concerne la cassa di contenimento 2, essa è del tipo di per sé noto nel settore di cui si tratta, realizzata ad esempio in materiale metallico. Anche il nucleo magnetico 3 presenta forma e composizione del tipo di per sé noti nell’industria elettrotecnica: in particolare, il nucleo magnetico 3 è del tipo cosiddetto a colonna ed è formato da una pluralità di lamierini tra loro impaccati.

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 11, 12 in materiale metallico, uno dei quali collegato alla cassa di contenimento 2 tramite mezzi di ancoraggio, complessivamente indicati con 13 e l’altro vincolato ad un piano di riferimento 14 della cassa 2.

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 15, collegati all’avvolgimento primario 4, gli isolatori di bassa tensione 16, collegati all’avvolgimento secondario 6.

Le figure 1 e 2 evidenziano, inoltre, il conservatore di espansione 17 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.

In maniera preferita, l’avvolgimento primario 4 comprende una pluralità di strati 18 l’uno affacciato all’altro, individuanti direzioni lineari Y sostanzialmente parallele tra loro ed alla direzione longitudinale Y1dello schermo sagomato 8.

Ognuno degli strati 18 include a sua volta una pluralità di bobine elementari ed indipendenti l’una dall’altra, elettricamente connesse tra loro.

Nel dettaglio, le bobine sono collegate in serie tra loro e disposte l’una consecutivamente all’altra lungo il percorso tortuoso definito dagli strati 18 dell’avvolgimento primario 4.

Le suddette bobine includono il medesimo numero di spire, ognuna di esse producendo, preferibilmente ma non necessariamente, una tensione elettrica di 20 kV. Dalle figure 1 e 2 si ricava che, nel caso in esame, l’avvolgimento primario 4 comprende quattro strati 18 l’uno affacciato all’altro.

A puro scopo espositivo, le varie bobine che compongono l’avvolgimento primario 4 sono indicate rispettivamente con:

• A, se appartenenti al primo strato, quello più ravvicinato al nucleo magnetico 3;

• B, se appartenenti al secondo strato;

• C, se appartenenti al terzo strato;

• D, se appartenenti al quarto strato, quello più lontano dal nucleo magnetico 3.

Il trasformatore a schermatura ottimizzata 1 include, inoltre, una pluralità di tacche distanziatrici 21, meglio evidenziate in figura 3, che separano l’una dall’altra le bobine in ognuno degli strati 18.

L’avvolgimento secondario o di bassa tensione 6 è, invece, suddiviso in due sub-avvolgimenti secondari 19, 20 del tipo a fogli conduttori, l’uno affiancato all’altro lungo una direzione parallela alla direzione longitudinale Y1ed entrambi avvolti sulla colonna 32 del nucleo magnetico 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.

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. 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 18 dell’avvolgimento primario 4 sono parallele non solo tra loro ma anche alle colonne 31 e 32 del nucleo magnetico 3.

L’altezza di ognuno degli strati 18 diminuisce in modo progressivo 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 18.

L’ultima bobina di uno strato 18 è elettricamente connessa alla prima bobina dello strato 18 immediatamente seguente tramite un terminale intermedio di raccordo 22 che ripartisce la tensione elettrica in modo da evitarne picchi.

Il terminale intermedio di raccordo 22 è affacciato alle estremità di ognuno degli strati 18 per interporsi tra un qualsiasi strato 18 e gli organi pressagioghi 11, 12 tra loro contrapposti disposti all’interno della cassa di contenimento 2.

Nella fattispecie, tramite un terminale intermedio di raccordo 22 l’ultima bobina A del primo strato 18 è collegata alla prima bobina B del secondo strato 18 adiacente, l’ultima bobina B del secondo strato 18 è collegata alla prima bobina C del terzo strato 18 e l’ultima bobina C del terzo strato 18 è connessa alla prima bobina D del quarto strato 18.

Il terminale intermedio di raccordo 22 presenta un profilo 22’ di forma sostanzialmente semiellittica che include una superficie piana 22a affacciata alle bobine di due strati 18 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. Il terminale intermedio di raccordo 22 include, altresì, un rivestimento metallizzato 23, ad esempio una carta laminare, adatto a rendere equipotenziale la superficie esterna 22b del terminale intermedio di raccordo 22.

Il trasformatore a schermatura ottimizzata 1 comprende inoltre:

- un terminale a tensione ridotta 24, ben visibile alle figure 3 e 4, che ripartisce la tensione elettrica, affacciato alla prima bobina A dello strato 18 ad altezza maggiore e più vicino alla colonna 32 del nucleo magnetico 3;

- un terminale a tensione piena 25, ben visibile alle figure 3 e 4, che ripartisce la tensione elettrica, affacciato all’ultima bobina D dello strato 18 ad altezza minore e più lontano dalla colonna 32 nucleo magnetico 3.

Il terminale a tensione ridotta 24 ed il terminale a tensione piena 25 sono interposti tra uno degli strati 18 ed uno degli organi pressagioghi 11, 12. Anche il terminale a tensione ridotta 24 ed il terminale a tensione piena 25 comprendono un rivestimento metallizzato 26 che li rende equipotenziali.

In virtù di questi accorgimenti costruttivi, nel caso in esame, ad esempio, la diminuzione progressiva dell’altezza degli strati 18 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 24: • V = 160 kV al primo terminale intermedio di raccordo 22 compreso tra il primo ed il secondo strato 18;

• V = 300 kV al secondo terminale intermedio di raccordo 22 compreso tra il secondo ed il terzo strato 18;

• V = 420 kV al terzo terminale intermedio di raccordo 22 compreso tra il terzo ed il quarto strato 18;

• V = 500 kV sul terminale a tensione piena 25.

La figura 3 evidenzia che lo schermo sagomato 8 è disposto tra la cassa di contenimento 2 e lo strato 18 ad altezza minore dell’avvolgimento primario 4 e presenta un’altezza sostanzialmente uguale a quella di tale strato 18 ad altezza minore.

Più in dettaglio, lo schermo sagomato 8 presenta:

- una seconda estremità 8c, opposta alla prima estremità 8b, direttamente affacciata al fondo 25a del terminale a tensione piena 25;

- una prima faccia laterale piana 8d rivolta verso l’avvolgimento primario 4;

- una seconda faccia laterale piana 8e rivolta verso la cassa di contenimento 2, distanziata di un tratto lineare dalla prima faccia laterale 8d.

Il trasformatore a schermatura ottimizzata 1 include, inoltre, una pluralità di elementi isolanti 27 adatti a limitare il campo elettrico nella cassa di contenimento 2.

Tali elementi isolanti 27 sono disposti l’uno affiancato all’altro tra uno strato 18 e l’altro dell’avvolgimento primario 4, tra l’avvolgimento secondario 6 e lo strato 18 ad altezza maggiore dell’avvolgimento primario 4.

Inoltre, gli elementi isolanti 27 sono posizionati, in modo preferito ma non vincolante, tra prima faccia laterale 8d dello schermo sagomato 8 e lo strato 18 ad altezza minore dell’avvolgimento primario 4, nonché tra la seconda faccia laterale 8e dello schermo sagomato 8 e la cassa di contenimento 2.

Ciascuno degli elementi isolanti 27 comprende un cilindro laminare realizzato in cartone, carta o altro materiale cellulosico idoneo, dimensionato in modo tale da sopportare le sollecitazioni meccaniche ed elettriche cui è sottoposto il trasformatore a schermatura ottimizzata 1.

Vantaggiosamente, il trasformatore 1 comprende un anello di pressatura 28 disposto a ridosso del terminale a tensione ridotta 24 ed interposto tra quest’ultimo e l’organo pressagioghi 11.

Tale anello di pressatura 28 svolge anche la funzione di proteggere lateralmente l’avvolgimento primario 4 in corrispondenza del primo strato 18.

Secondo la preferita forma esecutiva qui descritta dell’invenzione, il trasformatore a schermatura ottimizzata 1 include una serie di pile 29 di anelli di pressatura 30, interposte tra ognuno degli organi pressagioghi 11, 12 e l’avvolgimento primario 4 e posizionate a ridosso dei terminali intermedi di raccordo 22 e del terminale a tensione piena 25.

L’altezza di tali pile 29 aumenta progressivamente al diminuire dell’altezza degli strati 18 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 11, 12.

In sostanza, l’altezza della pila 29 è inversamente proporzionale all’altezza degli strati 18 dell’avvolgimento primario 4.

Poiché al diminuire dell’altezza degli strati 18 lungo la direzione longitudinale X corrisponde anche un aumento della tensione elettrica nell’avvolgimento primario 4, l’altezza delle pile 29 è, quindi, direttamente proporzionale alla tensione elettrica prodotta nell’avvolgimento primario 4 passando dal primo strato 18, vicino al nucleo magnetico 3, al quarto strato 18, quello più lontano dal nucleo magnetico 3.

Più specificatamente, come mostrano le figure 3 e 4, gli anelli di pressatura 30 appartenenti alla stessa pila 29 presentano spessore variabile: in ogni caso, gli anelli di pressatura 30 di più ridotto spessore sono disposti in prossimità dei terminali intermedi di raccordo 22 e del terminale a tensione piena 25. A titolo preferenziale, il trasformatore a schermatura ottimizzata 1 comprende mezzi di schermatura, nell’insieme indicati con 35, interposti tra alcuni elementi isolanti 27 e tra alcuni anelli di pressatura 30 in corrispondenza dei terminali intermedi 22 e del terminale a tensione piena 25.

I mezzi di schermatura 35 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 27 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. Nell’esempio qui descritto, i mezzi di schermatura 35 comprendono, preferibilmente ma non necessariamente, una pluralità di anelli laminari 36 ed una pluralità di cappe laminari 37, contrapposte ed affacciate agli anelli laminari 36.

In particolare, un tratto degli anelli laminari 36 e delle cappe laminari 37 è interposto tra gli anelli di pressatura 30 a più ridotto spessore, situati in corrispondenza dei terminali intermedi 22 e del terminale a tensione piena 25.

Ciascuno degli anelli laminari 36 ed ognuna delle cappe sagomate 37 presentano, di preferenza, un profilo a forma sostanzialmente di L.

Inoltre, tanto gli anelli laminari 36 quanto le cappe sagomate 37 sono realizzati in cartone, carte o altro materiale derivato dalla cellulosa.

Il funzionamento del trasformatore monofase a schermatura ottimizzata 1 dell’invenzione risulta sostanzialmente equivalente a quello dei comuni trasformatori oggi reperibili sul mercato.

Una delle principali innovazioni del trasformatore a schermatura ottimizzata 1 è rappresentata, quindi, dalla predisposizione dello schermo sagomato 8 capace di ripartire sui vari strati 18 dell’avvolgimento primario 4 in modo omogeneo un eventuale impulso di tensione elettrica, limitandone così i probabili effetti negativi sull’integrità strutturale dell’avvolgimento 4 medesimo.

Sulla base di quanto espresso, si comprende, perciò, che il trasformatore a schermatura ottimizzata dell’invenzione, in particolare per l’esecuzione di prove dielettriche, raggiunge gli scopi e realizza i vantaggi precedentemente menzionati.

In fase di esecuzione, potranno essere apportate modifiche al trasformatore a schermatura ottimizzata oggetto della presente invenzione, consistenti, ad esempio, in una forma di ciascuno degli avvolgimenti primario e secondario diversa da quella indicata nel corso delle pagine precedenti della descrizione.

La cassa di contenimento potrà presentare dimensioni qualsivoglia, così come essere realizzata in uno qualsiasi dei materiali tradizionalmente previsti per un trasformatore in ambito elettrotecnico.

Oltre a ciò, potranno sussistere altre varianti dell’invenzione in cui il trasformatore a schermatura ottimizzata comprende più di uno schermo sagomato affacciato ad uno degli avvolgimenti.

Inoltre, tale schermo sagomato potrà essere disposto direttamente a ridosso dell’avvolgimento, sia esso primario o secondario, senza interporre gli elementi isolanti indicati in precedenza per la preferita forma esecutiva dell’invenzione descritta nel presente testo brevettuale.

E’ chiaro che numerose altre varianti possono essere apportate al trasformatore a schermatura ottimizzata 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.

Claims (27)

1. RIVENDICAZIONI 1. Trasformatore a schermatura ottimizzata (1), in particolare per l’esecuzione di prove dielettriche, comprendente: - una cassa di contenimento (2) atta ad essere disposta su una struttura di supporto; - almeno un nucleo magnetico (3) collocato all’interno di detta cassa di contenimento (2); - almeno un avvolgimento primario (4), accoppiato a detto nucleo magnetico (3); - almeno un avvolgimento secondario (6), magneticamente accoppiato a detto avvolgimento primario (4) tramite detto nucleo magnetico (3), caratterizzato dal fatto di comprendere almeno uno schermo sagomato (8), affacciato ad almeno uno di detti avvolgimenti primario (4) e secondario (6) e provvisto di una superficie esterna metallica (8a) atta a ripartire in modo uniforme su detto avvolgimento primario (4) o secondario (6) un impulso di tensione elettrica che colpisce detto schermo sagomato (8).
2. 2. Trasformatore (1) come alla rivendicazione 1) caratterizzato dal fatto che detto schermo sagomato (8) comprende almeno un rivestimento metallizzato (9), accoppiato tramite mezzi di giunzione al nucleo principale (10) di detto schermo sagomato (8), atto a realizzare detta superficie esterna metallica (8a) rendendola equipotenziale.
3. 3. Trasformatore (1) come alla rivendicazione 1) o 2) caratterizzato dal fatto che detto schermo sagomato (8) è provvisto di almeno una prima estremità (8a) curva e convessa, e presenta in sezione longitudinale un profilo di forma sostanzialmente rettangolare che individua una direzione longitudinale (Y1).
4. 4. Trasformatore (1) come alla rivendicazione 3) caratterizzato dal fatto che almeno uno tra detto avvolgimento primario (4) e detto avvolgimento secondario (6) comprende due o più strati (18) l’uno affacciato all’altro, individuanti direzioni lineari (Y) sostanzialmente parallele tra loro e a detta direzione longitudinale (Y1) di detto schermo sagomato, ognuno di detti strati (18) includendo una pluralità di bobine elementari ed indipendenti l’una dall’altra, elettricamente connesse tra loro.
5. 5. Trasformatore (1) come alla rivendicazione 4) caratterizzato dal fatto che detto avvolgimento primario (4) include due o più strati (18) l’uno affacciato all’altro.
6. 6. Trasformatore come alla rivendicazione 4) caratterizzato dal fatto che detto avvolgimento primario include due o più strati tra loro affiancati.
7. 7. Trasformatore come alla rivendicazione 4) caratterizzato dal fatto che detto avvolgimento primario e detto avvolgimento secondario comprendono ciascuno due o più strati l’uno affacciato all’altro.
8. 8. Trasformatore (1) come alla rivendicazione 4) caratterizzato dal fatto che dette bobine includono lo stesso numero di spire, ognuna di esse essendo atta a produrre una tensione elettrica di 20 kV.
9. 9. Trasformatore (1) come alla rivendicazione 4) o 8) caratterizzato dal fatto che dette bobine sono collegate in serie tra loro e disposte l’una consecutivamente all’altra.
10. 10. Trasformatore (1) come alla rivendicazione 4) o 8) caratterizzato dal fatto di comprendere una pluralità di tacche distanziatrici (21) che separano tra loro dette bobine in ognuno di detti strati (18).
11. 11. Trasformatore (1) come alla rivendicazione 4) caratterizzato dal fatto che detto nucleo magnetico (3) è del tipo a colonne e detti avvolgimenti (4, 6) sono concentrici e simmetricamente disposti rispetto all’asse centrale definito da una di dette colonne (31, 32) di detto nucleo magnetico (3) alla quale sono magneticamente accoppiati, con detto avvolgimento primario (4) coassiale ed esterno a detto avvolgimento secondario (6).
12. 12. Trasformatore (1) come alla rivendicazione 11) caratterizzato dal fatto che l’altezza di ognuno di detti strati (18) di detto avvolgimento diminuisce in modo graduale e prestabilito a partire da detta colonna (32) di detto nucleo magnetico (3) secondo una direzione longitudinale (X) ortogonale a dette direzioni lineari (Y) definite da detti strati (18).
13. 13. Trasformatore (1) come alla rivendicazione 11) caratterizzato dal fatto che l’ultima bobina di uno strato (18) è elettricamente connessa alla prima bobina dello strato (18) seguente tramite un terminale intermedio di raccordo (22), atto a ripartire la tensione elettrica, affacciato alle estremità di ognuno di detti strati (18) per interporsi tra ognuno di detti strati (18) ed una coppia di pressagioghi (11, 12) tra loro contrapposti posti all’interno di detta cassa di contenimento (2).
14. 14. Trasformatore (1) come alla rivendicazione 13) caratterizzato dal fatto che detto terminale intermedio (22) include un rivestimento metallizzato (23) atto a rendere equipotenziale la parete esterna (22b) di detto terminale intermedio (22).
15. 15. Trasformatore (1) come alla rivendicazione 13) caratterizzato dal fatto che detto terminale intermedio (22) presenta un profilo (22’) di forma sostanzialmente semiellittica che include una superficie piana (22a) affacciata a dette bobine di due di detti strati (18) tra loro contigui.
16. 16. Trasformatore (1) come alla rivendicazione 13) caratterizzato dal fatto di comprendere: - un terminale a tensione ridotta (24), atto a ripartire la tensione elettrica, affacciato ad un estremo della prima bobina dello strato (18) ad altezza maggiore e più vicino a detta colonna (32) di detto nucleo magnetico (3); - un terminale a tensione piena (25), atto a ripartire detta tensione elettrica, affacciato ad un estremo dell’ultima bobina dello strato (18) ad altezza minore e più lontano da detta colonna (32) di detto nucleo magnetico (3), detti terminali a tensione ridotta (24) e piena (25) essendo interposti tra detto strato (18) ed uno di detti organi pressagioghi (11, 12).
17. 17. Trasformatore (1) come alla rivendicazione 11) caratterizzato dal fatto che detto schermo sagomato (8) è disposto tra detta cassa di contenimento (2) e detto strato (18) ad altezza minore di detto avvolgimento primario (4) e presenta un’altezza sostanzialmente uguale a quella di detto strato (18) ad altezza minore.
18. 18. Trasformatore (1) come alla rivendicazione 16) caratterizzato dal fatto che detto schermo sagomato (8) presenta: - una seconda estremità (8c), opposta a detta prima estremità (8b), direttamente affacciata al fondo (25a) di detto terminale a tensione piena (25); - una prima faccia laterale piana (8d) rivolta verso detto avvolgimento primario (4); - una seconda faccia laterale piana (8e) rivolta verso detta cassa di contenimento (2), separata di un tratto lineare da detta prima faccia (8d).
19. 19. Trasformatore (1) come alla rivendicazione 18) caratterizzato dal fatto di comprendere una pluralità di elementi isolanti (27) atti a limitare il campo elettrico in detta cassa di contenimento (2), posti l’uno affiancato all’altro tra: - uno strato (18) e l’altro di detto avvolgimento primario (4); - detto avvolgimento secondario (6) e lo strato (18) ad altezza maggiore di detto avvolgimento primario (4); - detta prima faccia (8d) di detto schermo sagomato (8) e lo strato (18) ad altezza minore di detto avvolgimento primario (4); - detta seconda faccia (8e) di detto schermo sagomato (8) e detta cassa di contenimento (2).
20. 20. Trasformatore (1) come alla rivendicazione 19) caratterizzato dal fatto che ognuno di detti elementi isolanti (27) include un cilindro laminare realizzato in carta, cartone o altro materiale cellulosico.
21. 21. Trasformatore (1) come alla rivendicazione 16) caratterizzato dal fatto di comprendere almeno un anello di pressatura (28) disposto a ridosso di detto terminale a tensione ridotta (24) ed interposto tra detto terminale a tensione ridotta (24) ed uno di detti organi pressagioghi (11, 12).
22. 22. Trasformatore (1) come alla rivendicazione 19) caratterizzato dal fatto di includere una serie di pile (29) di anelli di pressatura (30) interposte tra ognuno di detti pressagioghi (11, 12) e detto avvolgimento primario (4) e posizionate a ridosso di ognuno di detti terminali intermedi (18) e di detto terminale a tensione piena (25).
23. 23. Trasformatore (1) come alla rivendicazione 22) caratterizzato dal fatto che l’altezza di detta pila (29) è inversamente proporzionale a detta altezza di detti strati (18) di detto avvolgimento primario (4).
24. 24. Trasformatore (1) come alla rivendicazione 22) caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi di schermatura (35), interposti tra due o più di detti elementi isolanti (27) e tra due o più di detti anelli di pressatura (30) in corrispondenza di detti terminali intermedi (18) e di detto terminale a tensione piena (25), atti ad aumentare la protezione di detto avvolgimento primario (4) da sovratensioni, tensioni di cortocircuito, cadute di tensione o altro.
25. 25. Trasformatore (1) come alla rivendicazione 24) caratterizzato dal fatto che detti mezzi di schermatura (35) includono uno o più anelli laminari (36) ed una o più cappe laminari (37), affacciate e contrapposte a detti anelli laminari (36).
26. 26. Trasformatore (1) come alla rivendicazione 25) caratterizzato dal fatto che ciascuno di detti anelli laminari (36) ed ognuna di dette cappe laminari (37) presentano un profilo a forma sostanzialmente di L.
27. 27. Trasformatore (1) come alla rivendicazione 25) caratterizzato dal fatto che ognuno di detti anelli laminari (36) ed ognuna di detta cappe sagomate (37) sono realizzate in carta, cartone o altro materiale derivato dalla cellulosa. Barzanò & Zanardo Roma S.p.A. CG/cg