Trasformatori di Potenza: Funzionamento, Classificazione e Regimi Operativi

Panoramica dei trasformatori di potenza

I trasformatori di potenza sono macchine elettriche statiche, robuste e costose, fondamentali lungo l'intero sistema elettrico. La loro funzione principale è innalzare o abbassare la tensione, permettendo i vantaggi della trasmissione di energia elettrica in corrente alternata.

Classificazione dei trasformatori

I trasformatori di potenza possono essere classificati in base a diversi criteri:

• Posizione
• Potenza
• Dielettrico utilizzato per l'isolamento
• Numero di fasi
• Connessioni
• Tipo di raffreddamento

Classificazione per posizione

• Trasformatori per centrali elettriche: Utilizzati per aumentare i livelli di tensione necessari alla connessione alla rete.
• Trasformatori per sottostazioni: Utilizzati per ridurre o aumentare la tensione in qualsiasi punto della rete.
• Trasformatori di distribuzione: Situati lungo le linee di distribuzione elettrica.

Classificazione per potenza

• Bassa potenza: Principalmente trasformatori di distribuzione e illuminazione in impianti industriali.
• Media potenza: Trasformatori per sottostazioni di distribuzione e impianti industriali (fino a 10 MVA).
• Grande potenza: Utilizzati in grandi sottostazioni e centrali elettriche, con potenze che possono raggiungere i GVA.

Classificazione per isolamento

• Trasformatori in olio: Gli avvolgimenti sono immersi in una vasca d'olio, che funge da isolante e liquido di raffreddamento.
• Trasformatori a secco: Utilizzati principalmente in sottostazioni sotterranee, dove l'isolamento è garantito dall'aria e da materiali solidi come la carta.

Fasi e connessioni

Numero di fasi

I trasformatori possono essere monofase (più piccoli, operano su circuiti monofase) o trifase (più comuni nelle sottostazioni elettriche).

Tipologie di connessione

• Stella-Stella: Ampiamente usata nelle sottostazioni di distribuzione.
• Stella-Triangolo: Presenta uno sfasamento di 30 gradi tra le tensioni primarie e secondarie.
• Delta-Stella: Utilizzata per limitare i guasti a terra.

Sistemi di raffreddamento

Il raffreddamento è cruciale per evitare il surriscaldamento, che causa l'invecchiamento precoce dell'isolamento:

• Raffreddamento naturale: Circolazione naturale dell'aria e dell'olio tramite radiatori.
• Raffreddamento forzato: Utilizzo di ventilatori o pompe per far circolare aria, olio o acqua.

Regimi di funzionamento e fenomeni elettromagnetici

Corrente di spunto (Inrush)

Quando un trasformatore viene eccitato, possono verificarsi correnti transitorie elevate note come correnti di spunto. Queste dipendono dall'angolo di tensione, dal flusso residuo nel nucleo e dalle caratteristiche del sistema.

Isteresi e saturazione

Il rapporto tra flusso (B) e intensità di campo (H) è non lineare. Quando il trasformatore raggiunge la saturazione, non può più trasmettere ulteriore flusso, causando distorsioni nella forma d'onda.

Regimi anormali e protezione

I trasformatori possono subire regimi anormali che, se non diagnosticati, portano a guasti gravi:

• Sovraccarico sinusoidale e non sinusoidale: Le correnti non sinusoidali (armoniche) aumentano le perdite nel ferro e nel rame, causando surriscaldamento.
• Sovraeccitazione: Spesso causata da problemi nel regolatore di tensione o durante la sincronizzazione dei generatori.

È fondamentale consultare la curva di danno del trasformatore fornita dal produttore per impostare correttamente le protezioni e prevenire interventi intempestivi o danni permanenti.