Visualizzazioni: 0 Autore: Editor del sito Orario di pubblicazione: 2026-02-01 Origine: Sito
La rete elettrica fa molto affidamento sulla stabilità e sulla longevità delle apparecchiature di distribuzione dell’energia. Tra le risorse più critiche in questa infrastruttura c'è il Trasformatore trifase a bagno d'olio . Poiché queste unità gestiscono tensioni e correnti elevate, generano un notevole calore interno a causa della resistenza elettrica e delle perdite magnetiche. Senza un'efficace strategia di dissipazione del calore, l'isolamento all'interno di un trasformatore trifase immerso in olio si degraderebbe rapidamente, portando a guasti catastrofici e interruzioni di corrente diffuse.
Il raffreddamento ONAN, che sta per Oil Natural Air Natural, è un metodo di raffreddamento passivo in cui il calore viene dissipato dal nucleo e dagli avvolgimenti del trasformatore attraverso la convezione naturale dell'olio isolante all'interno del serbatoio e la circolazione naturale dell'aria ambiente sulle superfici esterne del radiatore. Questo sistema non richiede alimentazione esterna per ventole o pompe, rendendolo la soluzione di raffreddamento standard per un trasformatore di distribuzione in olio che funziona in condizioni di carico moderato.
Comprendere le sfumature del raffreddamento ONAN è essenziale per gli ingegneri dei servizi pubblici e gli specialisti degli appalti industriali. Sebbene sia la forma più semplice di gestione termica, la sua progettazione implica termodinamica complessa per garantire che anche un grande trasformatore trifase immerso in olio rimanga entro temperature operative sicure. Questa guida esplorerà i meccanismi, i vantaggi e le specifiche tecniche dei sistemi ONAN rispetto a metodi più intensivi come quelli presenti in un trasformatore forzato ad aria naturale a olio.
La fonte del calore: perché i trasformatori necessitano di raffreddamento?
Decodificare ONAN: cosa significa veramente 'Oil Natural Air Natural'.
La fisica di ONAN: un ciclo di convezione naturale a due stadi
Componenti chiave di un sistema di raffreddamento ONAN
ONAN nel contesto: confronto con i metodi di raffreddamento forzato
Applicazioni e limitazioni del raffreddamento ONAN
Conclusione
I trasformatori richiedono raffreddamento perché le perdite elettriche e magnetiche generano energia termica che può danneggiare l'isolamento interno e un efficiente sistema di raffreddamento garantisce che un trasformatore trifase a bagno d'olio funzioni entro i limiti della sua classe termica per massimizzarne la durata.
La generazione di calore in un trasformatore trifase in olio deriva principalmente da due fonti: perdite di rame e perdite di ferro. Le perdite nel rame, note anche come perdite $I^2R$, si verificano quando la corrente scorre attraverso gli avvolgimenti, generando calore proporzionale al quadrato della corrente. Per un trasformatore di distribuzione a bagno d'olio , queste perdite fluttuano con il carico elettrico. Le perdite nel ferro, o perdite nel nucleo, derivano dall'isteresi e dalle correnti parassite nel nucleo magnetico e sono relativamente costanti indipendentemente dal carico.
Se questo calore non viene rimosso, la temperatura della carta isolante e dell'olio dielettrico aumenterà. L'isolamento standard del trasformatore è progettato per funzionare a temperature specifiche; il superamento anche di pochi gradi di questi limiti può dimezzare la durata di vita dell'isolante. In un trasformatore trifase a bagno d'olio , il sistema di raffreddamento funge da difesa primaria contro l'invecchiamento termico, mantenendo la temperatura del 'punto caldo' a un livello di sicurezza.
Inoltre, la gestione termica è una questione di sicurezza. Il calore eccessivo può far sì che l'olio in un Trasformatore di distribuzione a bagno d'olio per la rottura, generando gas combustibili. Un raffreddamento efficiente garantisce che la pressione interna rimanga stabile e che l'integrità fisica del serbatoio non sia compromessa dall'espansione termica. Ciò rende il metodo di raffreddamento un parametro di progettazione fondamentale per qualsiasi trasformatore trifase in olio.
ONAN sta per 'Oil Natural Air Natural', una classificazione in cui sia il mezzo di raffreddamento interno (olio) che il mezzo di raffreddamento esterno (aria) circolano tramite convezione naturale senza l'ausilio di dispositivi meccanici come pompe o ventilatori.
La 'O' in ONAN si riferisce all'olio minerale o all'estere sintetico utilizzato all'interno del trasformatore trifase a immersione in olio . In questa configurazione, l'olio è 'naturale', nel senso che si muove in base alla galleggiabilità: l'olio caldo sale verso la parte superiore del serbatoio mentre l'olio più freddo affonda. Questo movimento interno è fondamentale per un trasformatore di distribuzione in olio perché allontana il calore dal nucleo e dagli avvolgimenti verso le pareti del serbatoio e i radiatori.
La 'A' si riferisce all'aria ambiente che circonda l'unità. Il raffreddamento ad aria 'naturale' significa che il calore viene trasferito dalle superfici dei radiatori all'ambiente esclusivamente attraverso il movimento naturale dell'aria. Man mano che l'aria vicino alle alette del radiatore si riscalda, diventa meno densa e sale verso l'alto, consentendo all'aria più fresca di fluire dal basso. Questo processo è altamente affidabile per un trasformatore trifase a bagno d'olio poiché non fa affidamento sull'energia elettrica per il raffreddamento.
Mentre un trasformatore forzato ad aria naturale a olio (ONAF) aggiunge ventole per aumentare il movimento dell'aria, il sistema ONAN è apprezzato per la sua semplicità e il raffreddamento che non richiede manutenzione. Per molte applicazioni di sottostazioni, un trasformatore di distribuzione in olio con potenza nominale fino a 30 MVA può funzionare in modo efficiente utilizzando solo il raffreddamento ONAN, a condizione che la superficie del radiatore venga calcolata correttamente durante la fase di progettazione.
Il processo di raffreddamento ONAN si basa su un ciclo termodinamico a due stadi che coinvolge l'effetto termosifone all'interno del trasformatore trifase a bagno d'olio e la convezione esterna dell'aria sulle alette del radiatore.
Nella prima fase il calore generato dagli avvolgimenti viene ceduto all'olio. All'aumentare della temperatura dell'olio, la sua densità diminuisce. Ciò crea un differenziale di pressione che spinge l'olio caldo verso l'alto. In un trasformatore trifase a bagno d'olio , questo effetto 'termosifone' crea un ciclo continuo. L'olio caldo entra nella parte superiore dei radiatori, cede calore all'atmosfera, diventa più denso e ritorna sul fondo della vasca del trasformatore per ricominciare il ciclo.
La seconda fase avviene all'interfaccia tra i radiatori metallici e l'atmosfera. L'efficienza di un trasformatore di distribuzione in olio in questa fase dipende dalla superficie totale esposta all'aria. Gli ingegneri devono progettare le alette del radiatore per consentire il massimo flusso d'aria. Poiché si tratta di un processo 'naturale', la velocità di dissipazione del calore è direttamente influenzata dalla temperatura ambiente e dal posizionamento fisico del trasformatore trifase a immersione in olio.
Rispetto ad un trasformatore forzato ad olio naturale , il ciclo naturale è più lento. Tuttavia, è intrinsecamente autoregolamentato. Quando il carico sul trasformatore trifase a bagno d'olio aumenta e viene generato più calore, aumenta il gradiente di temperatura tra l'olio e l'aria, il che accelera naturalmente le correnti di convezione. Questa inerzia termica è una caratteristica chiave del trasformatore di distribuzione in olio.
Un sistema di raffreddamento ONAN è costituito da componenti specializzati tra cui gruppi di radiatori, alette di raffreddamento e un serbatoio di espansione, tutti progettati per facilitare il movimento naturale dell'olio e dell'aria in un trasformatore trifase a bagno d'olio.
I componenti più visibili di un trasformatore di distribuzione in olio sono i radiatori. Si tratta spesso di grandi banchi di alette o tubi in acciaio stampato. Il loro scopo è quello di fornire la massima superficie possibile per lo scambio termico. In un ad alta capacità trasformatore trifase a bagno d'olio , questi radiatori sono rimovibili per facilitare il trasporto e possono essere espansi se cambiano i requisiti termici.
All'interno del serbatoio, i deflettori e i condotti di raffreddamento sono posizionati strategicamente all'interno degli avvolgimenti del trasformatore trifase a bagno d'olio . Questi condotti assicurano che l'olio scorra direttamente sulle parti più calde delle bobine di rame. Senza questi percorsi progettati con precisione, un trasformatore di distribuzione immerso nell'olio potrebbe sviluppare 'punti caldi' localizzati che la circolazione naturale dell'olio non può raggiungere, portando a un guasto prematuro dell'isolamento.
Il serbatoio del conservatore è un altro componente vitale. Quando l'olio in un trasformatore trifase a immersione in olio si riscalda durante il processo ONAN, si espande. Il conservatore fornisce uno spazio per questa espansione mantenendo il serbatoio principale completamente pieno di olio. Ciò impedisce la formazione di sacche d'aria, che potrebbero interferire con il ciclo di convezione naturale richiesto per un trasformatore di distribuzione a bagno d'olio.
Sebbene ONAN sia il metodo di raffreddamento di base per un trasformatore trifase a immersione in olio, viene spesso paragonato ai sistemi ONAF e OFAF, che utilizzano aria forzata o olio forzato per aumentare la densità di potenza e la velocità di raffreddamento.
| Tipo di raffreddamento | Mezzo interno | Mezzo esterno | Tipo di movimento | Requisiti di alimentazione |
| ONAN | Olio | Aria | Naturale/Naturale | Zero |
| ONAF | Olio | Aria | Naturale/Forzato | Basso (ventilatori) |
| OFAF | Olio | Aria | Forzato/Forzato | Alto (pompe/ventilatori) |
Come mostrato nella tabella, il trasformatore forzato ad olio naturale (ONAF) funge da via di mezzo. Aggiungendo ventole a un trasformatore trifase a bagno d'olio classificato ONAN , la capacità di potenza può spesso essere aumentata dal 25% al 33%. Questo perché l'aria forzata rimuove il calore dai radiatori molto più velocemente della convezione naturale. Tuttavia, il sistema ONAF richiede alimentazione elettrica e circuiti di controllo, rendendolo più complesso di un trasformatore di distribuzione a bagno d'olio standard.
La scelta tra ONAN e un trasformatore forzato ad olio naturale spesso dipende dal profilo di carico. Se un trasformatore trifase a bagno d'olio presenta carichi di picco elevati ma carichi medi bassi, un sistema ONAF con ventole che si attivano solo durante i picchi è l'ideale. Per una distribuzione stabile e affidabile, il semplice trasformatore di distribuzione a immersione in olio ONAN rimane il preferito del settore grazie ai costi operativi inferiori e all'assenza di parti mobili.
Per trasformatori di potenza molto grandi anche l’ONAF potrebbe non essere sufficiente. In questi casi viene utilizzata la circolazione forzata dell’olio (OFAF). Ma per la stragrande maggioranza dei trasformatori trifase in olio utilizzati nelle reti urbane e industriali, il metodo ONAN fornisce il perfetto equilibrio tra efficienza e durata.
Il raffreddamento ONAN è ideale per reti di distribuzione di medie dimensioni e sottostazioni remote in cui l'accesso per la manutenzione è limitato, sebbene sia limitato dal tasso di dissipazione del calore inferiore rispetto a un trasformatore forzato ad olio naturale.
Il trasformatore di distribuzione a bagno d'olio presente nei quartieri residenziali e nei piccoli parchi industriali utilizza quasi esclusivamente il raffreddamento ONAN. Il suo funzionamento silenzioso è un grande vantaggio nelle aree popolate. Inoltre, in luoghi remoti dove l'alimentazione ausiliaria per i ventilatori non è disponibile, il trasformatore trifase in olio con raffreddamento ONAN fornisce una soluzione 'imposta e dimentica' che può durare dai 30 ai 40 anni con un intervento minimo.
Le prestazioni di un raffreddato da ONAN trasformatore trifase a bagno d'olio sono altamente sensibili all'ambiente. Nei climi estremamente caldi, l'efficienza del raffreddamento diminuisce perché la differenza di temperatura tra l'olio e l'aria ambiente è minore. In questi casi, un trasformatore che normalmente sarebbe un'unità ONAN potrebbe essere aggiornato a un trasformatore forzato ad olio naturale semplicemente per gestire il calore ambientale, anche se il carico elettrico è standard.
Una delle principali limitazioni di ONAN è la dimensione fisica. Per dissipare naturalmente grandi quantità di calore, un trasformatore trifase in olio necessita di radiatori molto grandi. Ciò aumenta il peso e l'ingombro del trasformatore di distribuzione a bagno d'olio . Se lo spazio in una sottostazione è limitato, gli ingegneri possono optare per un trasformatore forzato ad aria naturale a olio perché le ventole consentono ai radiatori più piccoli di svolgere la stessa quantità di lavoro di raffreddamento.
Il trasformatore trifase immerso in olio rimane la spina dorsale della moderna distribuzione dell'energia e il sistema di raffreddamento ONAN è il metodo di gestione termica più affidabile. Sfruttando le leggi fondamentali della fisica, galleggiabilità e convezione, il sistema ONAN consente a un trasformatore di distribuzione immerso in olio di regolare la propria temperatura senza la necessità di alimentazione esterna o parti meccaniche complesse. Questa semplicità si traduce direttamente nell’affidabilità decennale richiesta dal settore energetico.
Mentre i sistemi più intensivi come il trasformatore forzato ad aria naturale a olio trovano il loro posto in ambienti ad alta capacità o con vincoli di spazio, il metodo ONAN continua a essere lo standard di riferimento per la maggior parte delle applicazioni di distribuzione. Che si tratti di un piccolo trasformatore di distribuzione in olio che serve una comunità rurale o di un trasformatore trifase in olio più grande in un impianto industriale, l'approccio 'naturale' al raffreddamento fornisce una soluzione robusta, silenziosa ed esente da manutenzione.
Mentre ci muoviamo verso un futuro più elettrificato, la progettazione alla base del trasformatore trifase immerso in olio continuerà ad evolversi. Tuttavia, i principi fondamentali del raffreddamento ONAN rimarranno una componente vitale della stabilità della rete, garantendo che la nostra infrastruttura elettrica rimanga fresca anche sotto pressione.
