Qual è lo scopo di un trasformatore di olio?

Cos'è un trasformatore-immerso nell'olio?

Un trasformatore-immerso in olio è un tipo di trasformatore di potenza in cui il nucleo magnetico e gli avvolgimenti sono completamente immersi nell'olio isolante. Questo olio svolge una duplice funzione: isola elettricamente i componenti sotto tensione e dissipa il calore generato durante il funzionamento circolando attraverso i radiatori. Questi trasformatori sono ampiamente utilizzati nelle reti di trasmissione ad alta-tensione, nelle sottostazioni, negli impianti industriali e nei progetti di energia rinnovabile grazie alla loro affidabilità ed efficienza termica.

 

I trasformatori-immersi in olio sono progettati per resisteretensioni da 6,6 kV a 765 kVEcapacità da 50 kVA a 1000+ MVA, rendendoli ideali per applicazioni a livello di griglia-.

 

Nei moderni sistemi di energia elettrica, la tensione deve essere trasformata in modo efficiente e sicuro nelle varie fasi-dalla generazione al consumo. Per applicazioni da media a ultra-alta tensione,trasformatori-immersi in oliosono lo standard del settore perché offrono isolamento affidabile, raffreddamento superiore e durata comprovata a lungo-termine. La caratteristica distintiva di questi trasformatori è la loroutilizzo di olio isolante, che sommerge i componenti interni e funge sia da aisolante dielettrico e mezzo di trasferimento del calore.

 

Qual è lo scopo di un trasformatore di olio?

Un trasformatore riempito d'olio- è un trasformatore di tensione che raffredda l'olio al suo interno per abbassare la temperatura. Il suo corpo è tipicamente montato su un grande serbatoio in acciaio saldato riempito con olio isolante.

 

Il trasformatore a olio-utilizza isolanti per parti elettriche ad alta-tensione come interruttori, condensatori, convertitori e interruttori automatici. Una volta acceso il dispositivo, il calore della bobina e del nucleo di ferro viene convertito in olio isolante, trasformandolo in un agente refrigerante.

 

Le linee di trasmissione e le sottostazioni elettriche utilizzano spesso trasformatori che funzionano a petrolio. Il nucleo e le bobine vengono raffreddati e isolati immergendoli nell'olio. In un sistema a convezione-, l'olio circola attraverso i condotti nella bobina e quindi si avvolge attorno al nucleo.

 

Cosa c'è dentro un trasformatore d'olio?

 

Quando la capacità del serbatoio è bassa, il flusso d'aria proveniente dall'esterno del contenitore raffredda l'olio.

Nelle potenze superiori, un radiatore-raffreddato ad aria funge da fonte di raffreddamento dell'olio.

 

In generale, gli oli per trasformatori sono realizzati per funzionare bene a temperature estremamente elevate, isolando, raffreddando e prevenendo scariche corona e surriscaldamento.

Componenti e funzioni chiave di un trasformatore-immerso nell'olio

Componente	Funzione
Nucleo magnetico	Dirige il flusso magnetico per consentire la trasformazione della tensione
Avvolgimenti (AT/BT)	Trasportare corrente elettrica; isolato e immerso nell'olio
Olio isolante	Previene i guasti elettrici e rimuove il calore
Serbatoio principale	Contiene l'olio e i componenti attivi in ​​un involucro di acciaio sigillato
Radiatori / Raffreddatori	Dissipare il calore dall'olio circolante all'aria ambiente
Serbatoio conservatore	Assorbe l'espansione e la contrazione dell'olio termico al variare della temperatura
Sfiato (gel di silice)	Filtra l'umidità durante il ricambio d'aria nel sistema di conservazione
Staffetta Buchholz	Rileva guasti interni mediante accumulo di gas nell'olio
Valvola limitatrice di pressione	Rilascia la sovrappressione interna in condizioni di emergenza

 

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Principali tipi di trasformatori- immersi in olio

Criterio di classificazione	Tipi
Metodo di raffreddamento	ONAN, ONAF, OFAF, OFWF (Combinazioni Olio/Aria/Naturale/Forzata)
Conservazione dell'olio	Tipo di conservatore- (con sfiato) vs Sigillato ermeticamente (a tenuta d'aria)
Progettazione del nucleo	Tipo-core (standard) e tipo-Shell (compatto, ad alta-resistenza)
Configurazione di fase	Mono-fase (modulare) vs tri-fase (comune nelle applicazioni di rete)

 

Centro di ferro

Il nucleo di ferro del trasformatore è il principale collegamento magnetico ed è il componente capace di conduttanza magnetica. Trasforma l'energia magnetica in energia elettrica per il circuito secondario e l'energia elettrica del circuito principale in energia magnetica.

Tipicamente, le lamiere di acciaio al silicio sono disposte per formare il nucleo di ferro di un trasformatore e sono isolate l'una dall'altra. La lamiera di acciaio al silicio influenza principalmente la perdita a vuoto del trasformatore.

Circuito del trasformatore

L'avvolgimento primario e l'avvolgimento secondario sono due avvolgimenti diversi che compongono qualsiasi tipo di trasformatore. L'avvolgimento primario è collegato alla fonte di alimentazione e l'avvolgimento secondario è collegato al carico.

All'interno della stessa colonna con nucleo di ferro, il primo e il secondo avvolgimenti di ogni fase di un trasformatore trifase- sono avvolti in forme cilindriche. L'avvolgimento a bassa-tensione può facilmente isolare il nucleo in questa posizione.

Viene lasciato uno spazio tra gli avvolgimenti alto e basso che funge da percorso dell'olio, che consente all'olio del trasformatore di circolare e favorire il trasferimento termico.

Conservatore d'olio

Il conservatore dell'olio del trasformatore è noto anche come cuscino dell'olio poiché assomiglia a un cuscino cilindrico. È montato orizzontalmente sopra il serbatoio dell'olio e viene pompato nel serbatoio dell'olio del trasformatore.

In genere, la capacità del conservatore dell'olio è pari o inferiore al 10% del volume dei serbatoi di stoccaggio.

Una volta che l'olio del trasformatore si è riscaldato e si è espanso, si sposta dal serbatoio dell'olio al conservatore dell'olio; l'olio del trasformatore si contrae una volta freddo e viene riempito dal conservatore dell'olio al serbatoio dell'olio.

Boccola del trasformatore

L'asta guida funge da collegamento tra il filo conduttore dell'avvolgimento del trasformatore e il circuito esterno. La boccola del trasformatore funge da isolante tra le aste di guida e il coperchio della scatola e mantiene l'asta di guida in posizione.

Sfiato del trasformatore

La protezione del trasformatore di potenza comprende l'uso di dispositivi di limitazione della pressione. Se si verifica un difetto interno o un cortocircuito in un trasformatore immerso nell'olio-, l'arco farà evaporare immediatamente l'olio, provocando un rapido aumento della temperatura nel serbatoio del trasformatore.

È necessario adottare misure precauzionali poiché se la pressione non viene rilasciata immediatamente, il serbatoio dell'olio può rompersi provocando un'esplosione e un incendio.

Tocca Cambia

Quando utilizzato per il trasformatore di controllo della-tensione di carico-, il conservatore dell'olio è dotato di un interruttore del conservatore dell'olio posizionato nella parte inferiore senza capsule chiamato commutatore di presa.

Purificatore d'olio

Il purificatore dell'olio è un'installazione sulla parete laterale del trasformatore o sulla parte inferiore del potente radiatore dell'olio che contiene un adsorbente: gel di silice o allumina attivata.

 

Vantaggi principali dei trasformatori- immersi in olio

Vantaggio	Spiegazione
Capacità ad alta tensione	Gestisce fino a 765 kV grazie alle prestazioni dielettriche superiori
Raffreddamento efficiente	La convezione dell'olio supporta cicli di lavoro lunghi e equilibrio termico
Lunga durata	Spesso supera i 30–50 anni con una regolare manutenzione dell'olio
Design scalabile	Supporta potenze nominali e classi di tensione personalizzate
Monitoraggio dell'integrazione	Compatibile con sensori DGA, termici e di umidità

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Considerazioni sulla sicurezza e sull'ambiente

Fattore di rischio	Misure di controllo
Pericolo di incendio (olio minerale)	Utilizzare barriere antincendio, alternative all'olio minerale (estere) o rilevatori
Contaminazione dell'umidità	Mantenere lo sfiatatoio, l'integrità delle guarnizioni e i test periodici dell'olio
Rischio di perdite d'olio	Utilizzare pareti di raccolta, allarmi di perdite, ispezioni di manutenzione
Sovraccarico termico	Installare RTD, ventole di raffreddamento e relè di sovraccarico

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Ambienti applicativi comuni

Settore	Installazioni tipiche
Utilità	Sottostazioni di trasmissione e distribuzione
Impianti Industriali	Centri di carico, controllo di processo, azionamenti motore
Rinnovabili	Sottostazioni solari fotovoltaiche, punti di raccolta turbine eoliche
Trasporto	Sottostazioni di trazione ferroviaria, alimentazioni elettriche metropolitane
Infrastrutture	Aeroporti, data center e strutture critiche

 

Spiegazione del formato del codice di raffreddamento

Ogni codice di raffreddamento del trasformatore è composto daquattro lettere, diviso in due coppie:

Segmento di codice	Senso
1° e 2°	Tipo e movimento del fluido interno (O=olio; N=naturale, F=forzato)
3° e 4°	Mezzo esterno e movimento (A=aria; W=acqua; N=naturale, F=forzato)

Per esempio:

ONAN= Olio Naturale Aria Naturale

ONAF= Olio naturale ad aria forzata

OFAF= Petrolio forzato Air Force

OFWF= Forzata dal petrolio Forzata dall'acqua

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Tabella comparativa dei metodi di raffreddamento

Metodo di raffreddamento	Flusso dell'olio interno	Mezzo di raffreddamento esterno	Dispositivi di raffreddamento	Gamma di potenza	Ambito di applicazione
ONAN	Convezione naturale	Aria naturale	Solo radiatori	Fino a 10–25 MVA	Trasformatori di distribuzione, piccole sottostazioni
ONAF	Naturale	Aria forzata (ventilatori)	Radiatori + ventilatori	25–60 MVA	Sottostazioni industriali, urbane
OFAF	Olio forzato (pompe)	Aria forzata (ventilatori)	Pompe + ventilatori	60–200+ MVA	Trasformatori di rete di grandi dimensioni, carico pesante
OFWF	Olio forzato	Acqua forzata	Pompe + refrigeratori d'acqua	200–1000+ MVA	Centrali elettriche, ambienti offshore, nucleari o confinati

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Impatto tipico sulle prestazioni

Metodo di raffreddamento	Aumento massimo della temperatura (gradi)	Efficienza di raffreddamento relativa	Aumento della valutazione del carico
ONAN	55–65	Linea di base	1×
ONAF	45–55	+30–40%	1.4×
OFAF	35–45	+50–60%	1.6–1.8×
OFWF	30–40	+70–90%	2,0× o più

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Utilizzare la Guida alla corrispondenza dei casi

Scenario	Miglior metodo di raffreddamento	Motivo
Uso rurale o di utilità standard	ONAN	Basso carico, basso rumore, bassa complessità
Uso industriale-a carico medio	ONAF	Raffreddamento potenziato occasionale durante i picchi di domanda
Trasformatore di rete con carico pesante costante	OFAF	Trasferimento di potenza elevato, raffreddamento continuo necessario
Raffreddamento interno o a circuito chiuso-	OFWF	Non è consentita la ventilazione dell'aria; il calore deve andare all'acqua

Design a doppia classificazione ONAN/ONAF-sono comuni per aumentare la flessibilità del rating.

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Attrezzature e componenti per metodo

Metodo	Attrezzatura di raffreddamento utilizzata
ONAN	Radiatori, vaso di espansione (flusso d'aria passivo)
ONAF	Radiatori, ventilatori assiali termostatati
OFAF	Pompe olio, ventilatori, banchi radiatori, valvole direzionali
OFWF	Pompe dell'olio, scambiatori di calore-acqua-olio, unità di filtraggio