Cos'è esattamente un trasformatore di tipo secco?

Un trasformatore a secco è un dispositivo elettrico stazionario a stato solido che trasferisce la corrente alternata tra i circuiti tramite induzione elettromagnetica senza utilizzare refrigeranti liquidi come l'olio minerale. Si basa interamente sulla convezione naturale dell'aria o sul flusso d'aria forzato che circonda gli avvolgimenti in rame o alluminio per dissipare l'energia termica generata durante il funzionamento, offrendo sicurezza antincendio e protezione ambientale superiori e requisiti minimi di manutenzione.

A colpo d'occhio

Cos'è esattamente un trasformatore a secco?

Un trasformatore a secco è un apparecchio di conversione della tensione elettromagnetica statica costruito con materiali isolanti dielettrici solidi in cui il nucleo e gli avvolgimenti sono raffreddati direttamente dall'aria anziché immersi in liquidi isolanti infiammabili.

Al suo centro, a Il trasformatore a secco svolge la stessa funzione elettromagnetica di un'unità immersa in olio: aumenta o diminuisce i livelli di tensione attraverso le reti di distribuzione per soddisfare i requisiti delle apparecchiature. Tuttavia, la divergenza ingegneristica fondamentale risiede nel contenimento dielettrico e nella gestione termica. Invece di fare affidamento su oli a base di idrocarburi o fluidi esteri sintetici per assorbire il calore e prevenire scariche elettriche, le unità di tipo a secco utilizzano materiali solidi di alta qualità come resina epossidica, carta aramidica o vernice isolante per alte temperature, abbinati a canali d'aria integrati.

Dal punto di vista dell'ingegneria strutturale, il gruppo del trasformatore è costituito da un nucleo in acciaio al silicio a grani orientati, bobine primarie e secondarie avvolte con conduttori in rame o alluminio di elevata purezza, solido isolamento interstrato e un involucro protettivo in acciaio progettato per specifici gradi di protezione IP. Supportato da 30 anni di esperienza nella produzione, il design moderno elimina l'accumulo di pressione idraulica interna, i serbatoi di espansione dell'olio strutturali, i banchi dei radiatori e le guarnizioni complesse che sono tradizionalmente soggetti a deterioramento e perdite nel tempo.

Poiché queste unità eliminano completamente i rischi di infiammabilità dei liquidi, si allineano perfettamente con i severi codici di costruzione, gli standard di sicurezza ambientale e le specifiche delle sale elettriche interne. Per gli sviluppi commerciali e industriali pesanti che richiedono potenza step-down localizzata, i trasformatori trifase a secco di alta qualità forniscono una gestione della tensione compatta e autonoma che può essere posizionata in modo sicuro adiacente ai centri di carico principali senza richiedere cabine di contenimento antincendio esterne.

Parametri tecnici standard

• Gamma di capacità: da 30 kVA a 31.500 kVA — Copre le esigenze di distribuzione dell'alimentazione industriale e commerciale da bassa a intensa

• Classe di alta tensione: 6,6 kV e superiore — Corrisponde alle reti di distribuzione dei servizi di media e alta tensione

• Gruppi vettoriali: Dyn11, Yyn0, Ynd11, Ynyn0, Yd11 — Garantisce un adattamento di fase flessibile, supporto di messa a terra e soppressione delle armoniche

• Materiale del nucleo: acciaio al silicio a grani orientati laminati a freddo (CRGO) — Dirige il flusso magnetico con bassa perdita di isteresi

• Materiale dell'avvolgimento: rame elettrolitico o alluminio di alta qualità: conduce in modo efficiente le correnti primarie e secondarie

• Classi di isolamento: Classe F (standard), Classe H (richiesta speciale) — Previene guasti elettrici tra spire e fase-terra

• Protezione custodia: IP20 (per interni), IP23 (resistente alle intemperie per interni/esterni) — Protegge i componenti sotto tensione dal contatto fisico e dall'ingresso dell'ambiente

• Metodo di raffreddamento: AN (Air Natural) / AF (Air Forced) — Dissipa efficacemente il rame e la generazione di calore dal nucleo

Come funziona un trasformatore a secco?

Un trasformatore a secco funziona secondo il principio della mutua induzione elettromagnetica, dove la corrente alternata nell'avvolgimento primario crea un flusso magnetico variabile nel tempo nel nucleo di ferro laminato, che induce una tensione secondaria proporzionale.

Quando viene applicata una tensione alternata all'avvolgimento primario, questo guida una corrente alternata attraverso le spire del conduttore. Questa corrente stabilisce un campo magnetico dinamico all'interno del circuito magnetico chiuso formato dal nucleo di acciaio al silicio a grani orientati laminato a freddo. Il nucleo agisce come un percorso a bassa riluttanza, incanalando il flusso magnetico attraverso la sua struttura e collegando efficacemente le spire dell'avvolgimento primario a quelle dell'avvolgimento secondario. Poiché questo flusso si espande, si contrae e inverte continuamente la polarità in armonia con la frequenza della sorgente, induce una forza elettromotrice (EMF) attraverso l'avvolgimento secondario in diretta conformità con la legge di induzione elettromagnetica di Faraday.

Il rapporto tra la tensione primaria e la tensione secondaria è strettamente governato dal rapporto fisico delle spire della bobina primaria rispetto alla bobina secondaria. Supportata da 30 anni di esperienza ingegneristica, la configurazione precisa delle svolte garantisce un'uscita di tensione costante attraverso gruppi di vettori standard come Dyn11, Yyn0, Ynd11, Ynyn0 e Yd11.

Il calore generato dalle perdite elettriche deve essere continuamente evacuato per prevenire la rottura termica dell'isolamento dielettrico solido. I canali dell'aria integrati direttamente tra gli strati della bobina primaria e secondaria consentono all'aria ambiente di passare sulle superfici dell'avvolgimento attraverso la convezione termica naturale (AN). Quando sono richieste potenze in uscita continue più elevate, è possibile attivare ventole di raffreddamento automatizzate (AF) per accelerare il flusso d'aria attraverso i canali principali, aumentando significativamente la capacità di dissipazione termica totale.

Quali sistemi di isolamento vengono utilizzati nei trasformatori di tipo secco?

I trasformatori a secco utilizzano sistemi di isolamento solido ad alte prestazioni classificati in classi termiche riconosciute, in particolare Classe F e Classe H , per resistere a temperature operative elevate e continue.

Poiché i trasformatori a secco non dispongono di un mezzo isolante liquido, la loro affidabilità dipende interamente dalla qualità e dalla valutazione termica dei materiali isolanti solidi. Lo standard di isolamento primario per i trasformatori a secco di livello industriale è la Classe F , mentre la Classe H è disponibile per requisiti operativi ambientali o ad alta temperatura speciali.

• Isolamento di classe F (requisito standard): progettato per un limite massimo consentito della temperatura operativa di 105°C (limite di aumento della temperatura di 105K in condizioni operative standard). I materiali di Classe F, principalmente caratterizzati da incapsulamento in resina epossidica e composti in fibra di vetro di alta qualità, forniscono una robusta resistenza meccanica e un'eccezionale resistenza elettrica per applicazioni industriali generali.

• Isolamento di classe H (requisito speciale): progettato per un limite massimo elevato di temperatura operativa di 150 °C (limite di aumento della temperatura di 150 K in cicli di lavoro severi). Utilizzando avanzati fogli non tessuti di aramide e materiali impregnanti a base di silicone, i sistemi di Classe H forniscono un margine termico superiore per requisiti di sovraccarico pesante, luoghi con temperatura ambiente elevata o ambienti armonici severi.

Panoramica sulla classificazione termica

• Classe F (requisito standard): limite di temperatura operativa: 105°C | Composizione tipica: resina epossidica, fibra di vetro preimpregnata, laminati compositi

• Classe H (requisiti speciali): limite di temperatura operativa: 150°C | Composizione tipica: carta aramidica (Nomex), resina siliconica, fibra di vetro strutturale ad alta temperatura

Quali sono i principali tipi di trasformatori a secco?

I due principali modelli di trasformatori industriali a secco realizzati con 30 anni di tecnologia collaudata sul campo sono i trasformatori CRT (resina in resina di tipo secco), che incapsulano gli avvolgimenti in resina epossidica, e i trasformatori impregnati sotto pressione sotto vuoto (VPI), che utilizzano la penetrazione della vernice isolante ad alta temperatura sotto vuoto.

1. Trasformatori in resina colata di tipo a secco (CRT).

I trasformatori in resina colata sono dotati di bobine primarie ad alta tensione completamente incapsulate all'interno di resina epossidica di alta qualità in precise condizioni di vuoto. Il processo di fusione garantisce una sigillatura fisica completa senza sacche d'aria o vuoti, con conseguente elevata resistenza al taglio meccanico e prestazioni ignifughe autoestinguenti. Gli avvolgimenti secondari a bassa tensione sono generalmente avvolti con conduttori a lamina continua e collegati per resistere a gravi sollecitazioni da cortocircuito termico ed elettromagnetico.

Poiché i conduttori sono completamente sigillati all'interno di una barriera solida e densa di resina epossidica, l'umidità atmosferica, i fumi chimici, la polvere industriale e la nebbia salina non possono penetrare nel gruppo dell'avvolgimento. Questo solido incapsulamento produce livelli di scarica parziale eccezionalmente bassi, eliminando i microarchi e garantendo prestazioni operative sicure entro intervalli di potenza da 30 kVA fino a 31.500 kVA a livelli di tensione primaria di 6,6 kV e superiori.

2. Trasformatori impregnati sotto pressione (VPI).

I trasformatori impregnati a pressione di vuoto utilizzano uno strato isolante di carta aramidica ad alta temperatura interposto tra le spire di avvolgimento, che vengono poi posizionate in un recipiente a pressione di vuoto sigillato. Il recipiente viene sottoposto a un ciclo di vuoto profondo per rimuovere l'umidità residua e l'aria, dopo di che viene introdotta una vernice isolante ad alta temperatura per rivestire in profondità ogni strato. L'insieme viene quindi polimerizzato termicamente per formare un'unità strutturale coesa e resistente all'umidità, adatta per installazioni di distribuzione interna ben ventilate.

Quali vantaggi offrono i trasformatori a secco?

• Elevata sicurezza e zero rischi di incendio: la resina epossidica e i materiali dielettrici solidi sono ritardanti di fiamma e autoestinguenti, eliminando i rischi di esplosione.

• Rispettoso dell'ambiente: privo di fluidi dielettrici tossici o oli minerali, previene la contaminazione del terreno e il rischio di perdite di liquidi.

• Installazione flessibile ed economica: può essere installato direttamente vicino ai centri di carico all'interno senza richiedere bacini di raccolta dell'olio o firewall specializzati.

• Requisiti di manutenzione ridotti: elimina le routine di test dell'olio, purificazione e sostituzione delle guarnizioni, richiedendo solo l'ispezione periodica della polvere e i controlli di serraggio.

• Ampia capacità e capacità di tensione: opzioni di alimentazione standardizzate che vanno da 30 kVA a 31.500 kVA con capacità di alta tensione di 6,6 kV e superiore, con supporto di gruppi vettoriali tra cui Dyn11, Yyn0, Ynd11, Ynyn0 e Yd11.

Dove vengono comunemente utilizzati i trasformatori a secco?

Sfruttando 30 anni di esperienza industriale, i trasformatori a secco sono ampiamente utilizzati in ambienti in cui la sicurezza umana, la prevenzione incendi e la protezione ambientale sono fondamentali:

• Centri commerciali a molti piani, ospedali ed edifici di infrastrutture pubbliche.

• Stazioni della metropolitana, servizi sotterranei e terminal aeroportuali.

• Piattaforme marine sottomarine, parchi eolici offshore e progetti di costruzione navale.

• Impianti chimici, acciaierie e sistemi di distribuzione industriale pesante.