Trasformatori sfasati e loro utilizzo
Nelle reti CA, i flussi di potenza attiva nelle linee sono proporzionali al seno dell'angolo di sfasamento tra i vettori di tensione della sorgente di energia elettrica situata all'inizio della linea e il dissipatore di energia elettrica situato alla fine della linea linea.
Quindi, se consideriamo una rete di linee che differiscono per potenza trasmessa, allora è possibile ridistribuire i flussi di potenza tra le linee di questa rete, in particolare cambiando il valore dell'angolo di sfasamento tra i vettori di tensione della sorgente e il ricevitore in una o più linee della rete trifase considerata.
Questo viene fatto per caricare le linee nel modo più favorevole, cosa che spesso non avviene nei casi normali. La distribuzione naturale dei flussi di energia è tale da portare al sovraccarico delle linee a bassa potenza, mentre le perdite di energia aumentano e la capacità delle linee ad alta potenza è limitata. Sono possibili anche altre conseguenze dannose per le infrastrutture elettriche.
Una variazione forzata e mirata del valore dell'angolo di sfasamento tra il vettore della tensione della sorgente e il vettore della tensione del ricevitore viene eseguita da un dispositivo ausiliario: un trasformatore a commutazione di fase.
In letteratura ci sono nomi: trasformatore a commutazione di fase o trasformatore crossover... Questo è un trasformatore con un design speciale ed è destinato direttamente al controllo di correnti, sia attive che potere reattivo in reti CA trifase di diverse dimensioni.
Il vantaggio principale del trasformatore sfasatore è che, nella modalità di massimo carico, può scaricare la linea più caricata, ridistribuendo i flussi di potenza in modo ottimale.
Un trasformatore sfasatore comprende due trasformatori separati: un trasformatore in serie e un trasformatore in parallelo. Il trasformatore parallelo ha un avvolgimento primario realizzato secondo lo schema "triangolo", necessario per organizzare un sistema di tensioni trifase con un offset rispetto alle tensioni di fase di 90 gradi, e un avvolgimento secondario, che può essere realizzato in la forma di fasi isolate con un blocco di drenaggio con centro a terra.
Le fasi dell'avvolgimento secondario del trasformatore in parallelo sono collegate attraverso l'uscita del commutatore di presa all'avvolgimento primario del trasformatore in serie, che di solito è disposto a stella con il neutro a terra.
L'avvolgimento secondario del trasformatore serie, a sua volta, è realizzato sotto forma di tre fasi isolate, ciascuna collegata in serie nella sezione del corrispondente conduttore lineare, correlata in fase, in modo che un componente sfasato di 90 gradi viene aggiunto al vettore di tensione della sorgente.
Si ottiene quindi all'uscita della linea una tensione pari alla somma dei vettori della tensione di alimentazione e del vettore addizionale della componente in quadratura, che viene introdotta dal trasformatore sfasatore, ovvero, come risultato, la cambiamenti di fase.
L'ampiezza e la polarità della componente di quadratura introdotta, creata dal trasformatore sfasatore, possono essere modificate; per questo è prevista la possibilità di regolare il blocco delle prese, pertanto l'angolo di sfasamento tra i vettori di tensione all'ingresso della linea e alla sua uscita viene modificato del valore richiesto, che è correlato alla modalità operativa di una certa linea.
I costi di installazione dei trasformatori sfasatori sono piuttosto elevati, ma i costi vengono ripagati ottimizzando le condizioni operative della rete. Ciò è particolarmente vero per le linee di trasmissione ad alta potenza.
In Gran Bretagna, i trasformatori sfasatori hanno iniziato ad essere utilizzati già nel 1969, in Francia sono stati installati dal 1998, dal 2002 sono stati introdotti nei Paesi Bassi e in Germania, nel 2009 - in Belgio e Kazakistan.
In Russia non è stato ancora installato un trasformatore monofase, ma ci sono progetti. L'esperienza mondiale con l'utilizzo di trasformatori sfasatori in questi paesi mostra chiaramente un miglioramento dell'efficienza delle reti elettriche grazie alla gestione dei flussi di energia con l'ausilio di trasformatori sfasatori per una distribuzione ottimale.