Un trasformatore trasferisce energia elettrica (potenza) da un sistema ad un altro per induzione, senza alcuna connessione fisica tra i due sistemi (a parte le connessioni di messa a terra e collegamento). Così, il National Electrical Code (NEC) si riferisce ai trasformatori come “sistemi derivati separatamente”.
La maggior parte dei trasformatori aumentano o abbassano la tensione, ma i trasformatori di isolamento non lo fanno; semplicemente disaccoppiano l’avvolgimento primario dall’avvolgimento secondario.
Alcuni elementi di base
L’avvolgimento del trasformatore collegato alla sorgente di tensione è il “primario”. L’avvolgimento del trasformatore collegato al carico è il “secondario”.
La tensione che può essere indotta nell’avvolgimento secondario dal campo magnetico primario è una funzione del numero di spire del conduttore secondario tagliate dal campo elettromagnetico primario. La tensione sul lato primario è la “tensione primaria di linea” mentre la tensione sul lato secondario è la “tensione secondaria di linea”.
I trasformatori sono classificati in kilovolt-ampere (kVA), dove 1kVA = 1.000 volt-ampere (VA).
Delta e Wye
I trasformatori collegati a triangolo hanno tre avvolgimenti collegati da un capo all’altro. I conduttori di linea si collegano ad ogni punto in cui due avvolgimenti si incontrano. Questo sistema è chiamato “Delta” perché quando è disegnato sembra un triangolo (il simbolo greco Delta per la lettera D). Per un trasformatore delta/delta, sia l’avvolgimento primario che quello secondario sono collegati a delta (Fig. 1).
Fig. 1. I trasformatori collegati a triangolo hanno tre avvolgimenti collegati da un capo all’altro.
Quando si lavora con i trasformatori a triangolo, non dimenticare la “gamba alta” (vedi la barra laterale sotto).
I trasformatori collegati a stella hanno un cavo da ciascuno dei tre avvolgimenti collegato a un punto comune. Gli altri cavi da ciascuno degli avvolgimenti si collegano ai conduttori di linea. Un secondario configurato a wye è spesso rappresentato con una disposizione a Y degli avvolgimenti (Fig. 2)
Fig. 2. I trasformatori collegati a Wye hanno un cavo da ciascuno dei tre avvolgimenti collegato a un punto comune.
Correnti di linea
Si può calcolare la corrente di linea di un trasformatore usando la formula appropriata per sistemi monofase o trifase:
Singolo-fase: I = VA ÷ E
Tre fasi: I = VA ÷ (E × 1,732)
Protezione da sovracorrente
Per proteggere gli avvolgimenti di un trasformatore da sovracorrente, utilizzare le percentuali elencate nella tabella 450.3(B) e le sue note applicabili.
La sezione 450.3(B) copre la protezione degli avvolgimenti del trasformatore, non i conduttori che alimentano o lasciano il trasformatore.
Per correnti di 9A o più, si applica la sezione 450.3(B), nota 1. Quando il 125% della corrente primaria non corrisponde a un fusibile standard o a un interruttore non regolabile, è possibile utilizzare il grado successivo più elevato di dispositivo di protezione da sovracorrente (OCPD), come elencato nella Sezione 240.6(A).
Protezione primaria da sovracorrente, meno di 9A esempio
Domanda: Qual è il massimo valore di OCPD primario per un trasformatore da 2kVA caricato in modo continuo, monofase, 240V?
Corrente primaria = (VA nominale del trasformatore) ÷ (tensione primaria)
Corrente primaria = 2.000VA ÷ 240V
Corrente primaria = 8. 33A
Corrente primaria = 8.33A
Protezione primaria = (Corrente primaria) × (Tabella 450.3(B) Percentuale)
Protezione primaria = 8,33A × 167%
Protezione primaria = 13,92A
Protezione primaria da sovracorrente maggiore di 9A esempio
Domanda: Qual è il valore massimo di OCPD primario per un trasformatore da 45kVA a carico continuo, trifase, 480V (Fig. 3)?
Fig. 3. Ecco come calcolare il valore OCPD di un trasformatore quando la corrente primaria è inferiore a 9A.
Corrente primaria = VA nominale del trasformatore ÷ (Tensione primaria × 1.732)
Corrente primaria = 45.000VA ÷ (480V × 1.732)
Corrente primaria = 54A
Protezione primaria = (Corrente primaria) × (Tabella 450.3(B) Percentuale)
Protezione primaria = 54A × 125%
Protezione primaria = 68A
Quindi, utilizzare un OCPD 70A in questa situazione.
Dimensionamento dei conduttori primari
Dimensionare i conduttori primari almeno al 125% dei carichi continui, più il 100% dei carichi non continui, sulla base delle ampacità nominali della temperatura dei terminali come elencato nella tabella 310.15(B)(16), prima di qualsiasi regolazione dell’ampiezza.
Proteggere i conduttori contro la sovracorrente secondo la loro ampiezza dopo la regolazione dell’ampiezza, come specificato nella sezione 310.15 . È possibile utilizzare il prossimo rating standard più alto di OCPD (sopra l’ampacità dei conduttori da proteggere) se il rating OCPD non supera gli 800A .
Esempio di dimensionamento del conduttore primario
Questione: Quale dimensione del conduttore primario può essere utilizzata per un trasformatore da 45kVA a carico continuo, trifase, 480V, dove l’OCPD primario è dimensionato a 70A?
Passo 1: Dimensionare il conduttore primario al 125% della corrente primaria nominale.
I = 45.000VA ÷ (480V × 1,732) = 54A
54A × 1,25 = 68A
Un conduttore 4 AWG è classificato 70A a 60°C.
Passo 2: Verificare che i conduttori siano protetti in base alle loro ampollosità.
Un conduttore 4 AWG classificato 70A a 60°C può essere protetto da un OCPD primario da 70A.
Dimensionamento del conduttore secondario
L’ampollosità del conduttore secondario deve essere almeno uguale alla portata del dispositivo alimentato dai conduttori secondari o all’OCPD al termine dei conduttori secondari. Supponiamo che i conduttori secondari portino la piena capacità del trasformatore in modo continuo.
Passo 1: Determinare la capacità del dispositivo alimentato dai conduttori secondari al 125% della capacità secondaria.
Passo 2: Dimensionare i conduttori secondari in modo che abbiano un’ampacità pari almeno alla capacità del dispositivo alimentato dai conduttori secondari.
Esempio di dimensionamento del conduttore secondario Domanda: Quale dimensione del conduttore secondario può essere usata per un trasformatore da 45kVA a carico continuo, trifase, 480V-120/208V?
Passo 1: Determinare la corrente secondaria nominale.
Corrente secondaria = VA del trasformatore ÷ (tensione secondaria × 1,732)
I = 45.000VA ÷ (208V × 1,732)
I = 125A
Passo 2: Dimensionare l’OCPD secondario per carico continuo (125% della corrente secondaria nominale).
125A × 1,25 = 156A
Quindi, utilizzare un OCPD 175A in questa situazione.
Passo 3: Dimensionare il conduttore secondario in modo che abbia una capacità di almeno 175A OCPD secondario (Passo 2).
Utilizzare un 2/0 AWG nominale 175A a 75°C
Messa a terra e collegamento
Un ponticello di collegamento del sistema, dimensionato secondo Sec. 250.102(C) in base all’area dei conduttori secondari, deve essere installato nella stessa posizione in cui il conduttore dell’elettrodo di terra termina al punto neutro di un trasformatore.
Un conduttore dell’elettrodo di terra deve collegare il punto neutro di un sistema derivato separatamente a un elettrodo di terra di un tipo identificato nella sezione 250.30(A)(4). Dimensionare il conduttore dell’elettrodo di terra secondo la sezione 250.66, in base all’area del conduttore secondario non messo a terra.
Evitare gli errori
Un errore di calcolo può avere risultati tragici. Quindi, come potete ridurre le possibilità di errore nei vostri calcoli dei trasformatori?
La matematica coinvolta non è particolarmente impegnativa, ma se scegliete la formula sbagliata, i vostri risultati saranno sbagliati anche se la matematica è giusta. Questi quattro semplici passi ti aiuteranno a selezionare la formula corretta per una data applicazione:
1. Ricontrollare il VA nominale.
2. Identificare le tensioni primarie e secondarie, e se monofase o trifase.
3. Ricontrollare la caratterizzazione del carico e i calcoli.
4. Controllare di aver usato le formule corrette. Ecco un consiglio per aiutarvi a farlo senza che vi si annebbino gli occhi: Fate riferimento alle formule sbagliate. Per esempio, state lavorando in un sistema monofase. Guardate la formula per un sistema trifase. È quella che avete usato? Se no, bene. Passate alla voce successiva e usate un procedimento simile.
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