Componenti e Funzionamento dei Trasformatori Elettrici di Potenza

Componenti Principali dei Trasformatori

Bobine di avvolgimento

Le bobine di avvolgimento (primaria e secondaria) sono conduttori elettrici avvolti ordinatamente su un nucleo di ferro. Il primario è collegato a una fonte di alimentazione, mentre il secondario è connesso al carico e la sua energia è indotta dal primario. Il rapporto di trasformazione dipende esclusivamente dal numero di spire nella bobina primaria (N1) e secondaria (N2).

Nucleo (Core)

Il nucleo è fondamentale per il flusso magnetico dal primario al secondario. È costituito da laminati di ferrosilicio isolati e sovrapposti per ridurre le correnti di Foucault. Sia le bobine che il nucleo devono essere isolati tra loro utilizzando carta, cartone e vernice, con supporti in legno. L'intero blocco è serrato per evitare rumori e vibrazioni.

Olio isolante

I trasformatori ad alta tensione sono immersi in olio isolante, che funge da mezzo isolante tra le parti in tensione e trasferisce il calore verso l'esterno. In passato si utilizzava l'Ascarel (ora vietato per motivi ambientali); oggi si preferiscono il silicone e gli oli minerali derivati dal petrolio.

Serbatoio principale (Main Tank)

Il serbatoio dissipa il calore trasferito dal nucleo e dagli avvolgimenti attraverso l'olio. È costruito in lamiera di ferro rinforzata e sostiene la parte attiva del trasformatore.

Sistemi di Raffreddamento e Accessori

Radiatori

Fissati all'esterno del serbatoio, i radiatori favoriscono il raffreddamento dell'olio. Grazie alla circolazione naturale, l'olio caldo sale verso l'alto e, una volta raffreddato, torna verso il basso.

Serbatoio di espansione (Conservatore)

Compensa le variazioni di volume dell'olio dovute ai cambiamenti di temperatura. Solitamente contiene una quantità di olio pari al 25-50% della sua capacità.

Indicatore del livello dell'olio

Monitora il volume dell'olio. Nei modelli con conservatore, è spesso dotato di un micro-switch per segnalare allarmi se il livello raggiunge un punto critico.

Essiccatore (Gel di silice)

Un tubo contenente cristalli di gel di silice che assorbe l'umidità dall'aria che entra nel conservatore. Il gel cambia colore da blu a rosa quando è saturo e può essere rigenerato tramite riscaldamento.

Strumentazione e Protezioni

Termometro e Imaging termico

• Termometro dell'olio: Misura la temperatura tramite un bulbo a mercurio.
• Imaging termico (Termometro avvolgimento): Monitora il punto più caldo del trasformatore. Utilizza un trasformatore di corrente (CT) per simulare il calore degli avvolgimenti e attivare allarmi o lo spegnimento automatico in caso di surriscaldamento.

Valvola di sfogo (Pipe di esplosione)

Protegge il trasformatore da sovrappressioni interne causate da archi elettrici o guasti. Nei moderni trasformatori ad alta tensione, è sostituita da una valvola di sicurezza.

Relè di protezione (Buchholz)

Situato tra il serbatoio e il conservatore, rileva guasti interni tramite il movimento improvviso dell'olio o la formazione di gas. È dotato di due galleggianti: uno per l'allarme (gas) e uno per lo spegnimento immediato (flusso d'olio).

Boccole ed isolanti

Forniscono isolamento elettrico tra il conduttore sotto tensione e la struttura del trasformatore. Sono realizzate principalmente in porcellana o vetro.

Sistemi di refrigerazione

Per evitare il surriscaldamento, si utilizzano diversi processi:

• Raffreddamento naturale: Circolazione naturale dell'olio.
• Raffreddamento ad aria forzata: Ventilatori fissati sui radiatori.
• Circolazione forzata di olio e raffreddamento ad acqua.