Qual è la differenza tra trasformatori a secco e trasformatori in olio? Come scegliere?

I trasformatori sono apparecchiature comuni e critiche nei sistemi di alimentazione, utilizzati per alterare l'entità della tensione alternata per la trasmissione e la distribuzione di energia elettrica nella trasmissione, distribuzione e altre applicazioni di potenza. I trasformatori a secco e i trasformatori immersi in olio sono due tipi prevalenti, che mostrano differenze significative nei mezzi di isolamento, nei metodi di dissipazione del calore e nell'adattabilità ambientale. Questo articolo esplora le distinzioni tra trasformatori di tipo a secco e immersi in olio e fornisce consigli per la selezione del tipo di trasformatore appropriato.

La differenza più significativa tra i trasformatori a bagno d'olio e quelli a secco risiede nella presenza o assenza di "olio". Poiché l'olio è un liquido fluido, i trasformatori immersi in olio sono necessariamente dotati di una custodia. All'interno di questa custodia si trova l'olio del trasformatore, che immerge gli avvolgimenti del trasformatore, rendendoli invisibili dall'esterno. I trasformatori a secco, privi di olio, non necessitano di custodia, consentendo la visibilità diretta degli avvolgimenti del trasformatore. Un'altra caratteristica è il serbatoio dell'olio sui trasformatori immersi in olio, che immagazzina l'olio del trasformatore. Tuttavia, i trasformatori a bagno d'olio più recenti potrebbero non includere un serbatoio dell'olio.

Entrambi sono trasformatori di potenza, caratterizzati da un nucleo in ferro per il circuito magnetico e avvolgimenti per il circuito elettrico. La distinzione principale risiede nel design “a bagno d'olio” rispetto a quello “a secco”. Nello specifico, i loro mezzi di raffreddamento differiscono: il primo utilizza olio per trasformatori (o altri oli come l'olio β) sia per il raffreddamento che per l'isolamento, mentre il secondo utilizza aria o gas come SF6 come mezzo di raffreddamento. I trasformatori immersi nell'olio immergono il gruppo nucleo e avvolgimento all'interno di un serbatoio dell'olio riempito con olio del trasformatore. I trasformatori a secco tipicamente incapsulano il nucleo e gli avvolgimenti con resina epossidica; Un tipo non incapsulato più comunemente utilizzato impiega ora una speciale carta isolante impregnata con vernice dedicata per impedire l'ingresso di umidità negli avvolgimenti o nel nucleo.

I trasformatori in olio sono dotati di radiatori esterni progettati per facilitare la dissipazione del calore, in particolare la circolazione dell'olio isolante interno, che funzionano come dissipatori di calore. I trasformatori a secco non dispongono di tali radiatori e si affidano invece alle ventole sotto le bobine del trasformatore per il raffreddamento.

I trasformatori immersi in olio, a causa dei requisiti di sicurezza antincendio, sono generalmente installati in cabine di trasformazione dedicate o all'aperto. I trasformatori a secco, invece, vengono sempre installati all'interno, solitamente all'interno dei locali di distribuzione.

In termini di volume di produzione e utilizzo, i trasformatori a secco attualmente raggiungono solo una tensione nominale di 35 kV e hanno una capacità relativamente inferiore rispetto ai trasformatori a bagno d'olio, in genere fino a circa 2500 kVA. Inoltre, il processo di produzione dei trasformatori a secco è più complesso di quello dei trasformatori immersi in olio con la stessa tensione e capacità, con conseguenti costi più elevati. Pertanto, i trasformatori riempiti in olio rimangono più diffusi nelle applicazioni attuali. Tuttavia, i trasformatori a secco vengono spesso utilizzati in luoghi di alimentazione e distribuzione interni ad alta richiesta, come hotel, edifici per uffici e grattacieli, per i loro vantaggi ambientali, le proprietà ignifughe e la resistenza agli urti.

Chiaramente, sia i trasformatori a secco che quelli riempiti in olio presentano vantaggi e svantaggi distinti. I trasformatori riempiti d'olio offrono costi inferiori e una manutenzione più semplice, ma sono combustibili ed esplosivi. I trasformatori a secco, con la loro eccellente resistenza al fuoco, possono essere installati nei centri di carico per ridurre al minimo la caduta di tensione e la perdita di energia. Tuttavia, sono più costosi, più ingombranti, meno resistenti all’umidità e alla polvere e producono livelli di rumore più elevati.

Successivamente, riassumiamo le differenze sopra menzionate nei seguenti sette punti:

1. Aspetto

Diverse forme di incapsulamento: i trasformatori a secco espongono il nucleo e gli avvolgimenti, mentre i trasformatori a bagno d'olio rivelano solo l'involucro esterno.

2. Configurazione dei lead

I trasformatori a secco utilizzano prevalentemente boccole in gomma siliconica, mentre i trasformatori a bagno d'olio utilizzano prevalentemente boccole in porcellana;

3. Capacità e tensione

I trasformatori a secco sono generalmente adatti per applicazioni di distribuzione, in genere con capacità inferiori a 2000 kVA e tensioni pari o inferiori a 10 kV, sebbene alcuni possano raggiungere livelli di tensione di 35 kV. I trasformatori immersi in olio, invece, possono raggiungere qualsiasi capacità richiesta e coprire tutti i livelli di tensione; Le linee di trasmissione ad altissima tensione da 1000 kV attualmente in costruzione in Cina utilizzano esclusivamente trasformatori immersi in olio.

4. Differenze di isolamento e dissipazione del calore

I trasformatori a secco utilizzano tipicamente l'isolamento in resina e si affidano al raffreddamento ad aria naturale, con capacità maggiori integrate dal raffreddamento ad aria forzata. I trasformatori immersi in olio, tuttavia, utilizzano olio isolante per l'isolamento elettrico. Il calore generato dagli avvolgimenti viene trasferito attraverso la circolazione dell'olio isolante all'interno del trasformatore alle alette del radiatore per la dissipazione.

5. Ambienti applicativi

I trasformatori a secco vengono utilizzati prevalentemente in luoghi che richiedono "ignifugazione e protezione contro le esplosioni", rendendoli adatti per edifici di grandi dimensioni e strutture a molti piani. I trasformatori immersi nell'olio, tuttavia, potrebbero subire spruzzi o perdite d'olio in caso di guasto, causando potenzialmente incendi. Di conseguenza, vengono utilizzati principalmente all’aperto, dove i siti sono dotati di “pozzi petroliferi accidentali” scavati.

6. Diverse capacità di carico

I trasformatori a secco dovrebbero generalmente funzionare alla capacità nominale, mentre i trasformatori immersi in olio presentano una capacità di sovraccarico superiore.

7. Strutture di costo diverse

Per i trasformatori di capacità equivalente, le unità di tipo a secco richiedono prezzi di acquisto significativamente più elevati rispetto alle controparti immerse in olio.

Come scegliere

1. Considerazioni sulla sicurezza: se sono necessarie maggiore sicurezza e resistenza al fuoco, scegliere trasformatori di tipo a secco poiché non contengono olio isolante infiammabile.

2. Requisiti di alimentazione: per i trasformatori ad alta potenza, i trasformatori immersi in olio sono generalmente più adatti grazie alle loro capacità superiori di dissipazione del calore.

3. Vincoli ambientali: considerare le caratteristiche dell'ambiente operativo del trasformatore e selezionare il tipo di trasformatore appropriato per tale impostazione.

4. Costi di manutenzione: i trasformatori riempiti d'olio richiedono generalmente ispezioni periodiche e il mantenimento della qualità dell'olio isolante, mentre i trasformatori a secco hanno costi di manutenzione relativamente inferiori.

I trasformatori a secco e riempiti d'olio presentano differenze distinte nei mezzi di isolamento, nei metodi di dissipazione del calore e nell'adattabilità ambientale. La scelta del tipo di trasformatore appropriato dipende dai requisiti applicativi specifici e dalle condizioni ambientali. Quando si formulano strategie di selezione del trasformatore, è necessario considerare in modo globale fattori quali la sicurezza, i requisiti di alimentazione, i vincoli ambientali e i costi di manutenzione. Per le strutture critiche e i luoghi con elevati requisiti di sicurezza, come ospedali e scuole, i trasformatori a secco sono generalmente preferiti per massimizzare la sicurezza. Al contrario, nei grandi complessi industriali e nei sistemi di alimentazione che richiedono trasformatori ad alta potenza, i trasformatori immersi in olio sono spesso più adatti grazie alle loro capacità superiori di dissipazione del calore e alla capacità di resistere a condizioni ambientali difficili.