Trasformatore Elevatore: Aumentare la Tensione per un Trasferimento di Energia Efficiente

Funzione Principale

Un trasformatore elevatore aumenta la tensione CA dal primario al secondario diminuendo proporzionalmente la corrente (trascurando le perdite), secondo il rapporto di spire:

V_S / V_P = N_S / N_P = I_P / I_S = a

dove a > 1 per l'elevatore.

Costruzione

• Nucleo: Acciaio al silicio laminato (bassa perdita); tipo guscio o nucleo.
• Avvolgimento Primario: Meno spire, sezione maggiore (gestisce corrente più alta).
• Avvolgimento Secondario: Più spire, filo più piccolo (corrente più bassa).
• Isolamento: Potenziato tra gli strati e verso terra per l'alta tensione secondaria.
• Raffreddamento: ONAN, ONAF, OFAF (olio) o AN, AF (a secco).

Perché Elevare?

• Efficienza di Trasmissione: P_perdita = I²R. Raddoppiare la tensione dimezza la corrente → ¼ delle perdite I²R. Permette reti nazionali.
• Esigenze delle Apparecchiature: Tubi a raggi X, precipitatori elettrostatici, carica di condensatori, fotomoltiplicatori, impiantatori di ioni.
• Interconnessione di Reti: Le stazioni convertitrici HVDC elevano a ±500–1100 kV.

Vincoli Chiave

• Potenza Conservata: P_uscita ≈ P_ingresso – perdite (efficienza 98–99,7 %).
• Solo CA: I trasformatori non funzionano con CC.
• Regolazione: La tensione cala sotto carico a causa della reattanza di dispersione (tipicamente 2–5 %).
• Coordinamento Isolamento: BIL (Livello di Impulso Base) deve resistere a sovratensioni di fulmine/manovra.

Esempio

Generatore 13,8 kV → Elevatore 13,8/345 kV → linea da 345 kV. Rapporto di spire 1:25. Corrente del generatore 4.200 A → Corrente di linea 168 A per la stessa potenza di 100 MVA.

I trasformatori elevatori sono il varco tra la generazione e la dorsale ad alta tensione della rete.