In qualità di fornitore di trasformatori di potenza trifase in bagno d'olio, mi viene spesso chiesto del complesso funzionamento dei dispositivi di protezione della temperatura in questi pezzi cruciali dell'infrastruttura elettrica. In questo post del blog approfondirò la scienza alla base del funzionamento di questi dispositivi per salvaguardare il trasformatore e garantirne il funzionamento efficiente e sicuro.
L'importanza della protezione termica nei trasformatori di potenza trifase a bagno d'olio
I trasformatori di potenza trifase immersi in olio sono il cuore di molti sistemi di distribuzione elettrica. Aumentano o diminuiscono i livelli di tensione per soddisfare le esigenze specifiche di diverse applicazioni, dai complessi industriali ai quartieri residenziali. L'olio in questi trasformatori svolge due funzioni fondamentali: agisce come isolante, prevenendo la formazione di archi elettrici, e come refrigerante, dissipando il calore generato durante il funzionamento del trasformatore.
Tuttavia, il calore eccessivo può essere dannoso per le prestazioni e la longevità del trasformatore. Le alte temperature possono causare il degrado dell'isolamento, causando guasti elettrici e incidenti potenzialmente catastrofici. È qui che entrano in gioco i dispositivi di protezione della temperatura. Questi dispositivi monitorano la temperatura del trasformatore e adottano le misure appropriate per prevenire il surriscaldamento.
Tipi di dispositivi di protezione della temperatura
Esistono diversi tipi di dispositivi di protezione della temperatura comunemente utilizzati nei trasformatori di potenza trifase immersi in olio. Ciascun tipo ha caratteristiche e vantaggi unici e spesso lavorano insieme per fornire una protezione completa.
1. Termostati bimetallici
I termostati bimetallici sono uno dei dispositivi di protezione della temperatura più semplici e più utilizzati. Sono costituiti da due metalli diversi legati insieme. Quando la temperatura cambia, i due metalli si espandono o si contraggono a velocità diverse, provocando la flessione della striscia bimetallica. Questa azione di flessione può essere utilizzata per aprire o chiudere un contatto elettrico, che può quindi attivare un allarme o un meccanismo di arresto.
I termostati bimetallici sono relativamente economici e affidabili, il che li rende una scelta popolare per molte applicazioni. Tuttavia, hanno una precisione e un tempo di risposta limitati rispetto ai sensori di temperatura più avanzati.
2. Rilevatori di temperatura a resistenza (RTD)
I rilevatori di temperatura a resistenza (RTD) si basano sul principio che la resistenza elettrica di un metallo cambia con la temperatura. Gli RTD utilizzano tipicamente un filo di platino come elemento di rilevamento, poiché il platino ha una relazione resistenza-temperatura molto stabile e prevedibile.
La resistenza dell'RTD viene misurata utilizzando un circuito a ponte di Wheatstone e la temperatura viene calcolata in base alla nota curva resistenza-temperatura del filo di platino. Gli RTD offrono elevata precisione e stabilità, rendendoli adatti per applicazioni in cui è richiesta una misurazione precisa della temperatura.
3. Termocoppie
Le termocoppie sono un altro tipo di sensore di temperatura comunemente utilizzato nei trasformatori di potenza. Sono costituiti da due metalli diversi uniti insieme ad un'estremità, chiamata giunzione calda. Quando c'è una differenza di temperatura tra la giunzione calda e l'altra estremità, chiamata giunzione fredda, viene generata una tensione.
La tensione generata dalla termocoppia è proporzionale alla differenza di temperatura tra le giunzioni calda e fredda. Misurando questa tensione e conoscendo le caratteristiche dei materiali della termocoppia, è possibile determinare la temperatura. Le termocoppie sono robuste e possono funzionare in un ampio intervallo di temperature, rendendole adatte ad ambienti difficili.
4. Sensori di temperatura in fibra ottica
I sensori di temperatura in fibra ottica sono una tecnologia relativamente nuova che offre numerosi vantaggi rispetto ai tradizionali sensori di temperatura. Usano il principio del cambiamento delle proprietà ottiche di un cavo in fibra ottica con la temperatura.
Quando la luce viene trasmessa attraverso il cavo in fibra ottica, la temperatura influenza la velocità e l'intensità della luce. Misurando questi cambiamenti, la temperatura può essere determinata con precisione. I sensori di temperatura in fibra ottica sono immuni alle interferenze elettromagnetiche, hanno un'elevata risoluzione spaziale e possono essere utilizzati in ambienti pericolosi.
Come funzionano insieme i dispositivi di protezione della temperatura
In un trasformatore di potenza trifase immerso in olio, i dispositivi di protezione della temperatura sono generalmente installati in varie posizioni per monitorare la temperatura dell'olio, degli avvolgimenti e di altri componenti critici. Questi sensori sono collegati a un'unità di controllo, che analizza i dati di temperatura e intraprende le azioni appropriate.
1. Monitoraggio della temperatura dell'olio
La temperatura dell'olio è un indicatore chiave delle condizioni termiche generali del trasformatore. I sensori di temperatura sono installati nel serbatoio dell'olio per misurare la temperatura a diversi livelli. Se la temperatura dell'olio supera una soglia preimpostata, l'unità di controllo può attivare un allarme per allertare l'operatore.
In alcuni casi, la centralina può anche attivare un sistema di raffreddamento, come ventole o pompe, per aumentare la dissipazione del calore e abbassare la temperatura dell'olio. Se la temperatura continua a salire nonostante gli sforzi di raffreddamento, l'unità di controllo può avviare uno spegnimento del trasformatore per evitare danni.
2. Monitoraggio della temperatura dell'avvolgimento
La temperatura dell'avvolgimento è un altro parametro critico che deve essere monitorato. I sensori di temperatura sono incorporati negli avvolgimenti per misurare direttamente la temperatura. Poiché gli avvolgimenti sono la fonte della maggior parte del calore generato nel trasformatore, il monitoraggio della loro temperatura è essenziale per evitare il surriscaldamento.
Analogamente al monitoraggio della temperatura dell'olio, se la temperatura dell'avvolgimento supera un certo limite, l'unità di controllo può intervenire per ridurre la temperatura o spegnere il trasformatore, se necessario.
3. Coordinamento con altri sistemi di protezione
I dispositivi di protezione della temperatura non funzionano in modo isolato. Sono integrati con altri sistemi di protezione, come la protezione da sovracorrente e la protezione differenziale, per fornire una protezione completa al trasformatore.
Ad esempio, se si verifica una condizione di sovracorrente, la temperatura del trasformatore può aumentare rapidamente. Il dispositivo di protezione della temperatura può funzionare insieme al sistema di protezione da sovracorrente per rilevare la condizione anomala e intraprendere le azioni appropriate per prevenire danni al trasformatore.
Applicazioni ed esempi del mondo reale
Diamo un'occhiata ad alcune applicazioni reali dei dispositivi di protezione della temperatura nei trasformatori di potenza trifase immersi in olio.
1. Centrali elettriche industriali
Nelle centrali elettriche industriali, i trasformatori di potenza trifase immersi in olio vengono utilizzati per ridurre l'alta tensione dalla rete elettrica a un livello adatto all'uso nell'impianto. Questi trasformatori sono spesso soggetti a carichi pesanti e condizioni operative difficili, rendendo fondamentale la protezione della temperatura.
Nei trasformatori sono installati sensori di temperatura per monitorare la temperatura dell'olio e degli avvolgimenti. Se la temperatura supera il limite di sicurezza, l'unità di controllo può attivare il sistema di raffreddamento o spegnere il trasformatore per evitare danni. Ciò garantisce il funzionamento affidabile della centrale elettrica e riduce al minimo il rischio di tempi di fermo.
2. Sottostazioni residenziali
Le sottostazioni residenziali sono responsabili della distribuzione di elettricità alle case e alle aziende in un'area locale. I trasformatori di potenza trifase immersi in olio sono comunemente utilizzati in queste sottostazioni per ridurre la tensione.
Nei trasformatori sono installati dispositivi di protezione della temperatura per garantire la sicurezza e l'affidabilità dell'alimentazione elettrica. Se la temperatura del trasformatore aumenta a causa dell'aumento della domanda o di altri fattori, il sistema di protezione della temperatura può adottare misure adeguate per prevenire il surriscaldamento e proteggere il trasformatore da eventuali danni.
Conclusione
I dispositivi di protezione della temperatura svolgono un ruolo fondamentale nel funzionamento sicuro ed efficiente dei trasformatori di potenza trifase immersi in olio. Monitorando la temperatura dell'olio, degli avvolgimenti e di altri componenti critici, questi dispositivi possono rilevare tempestivamente potenziali problemi e intraprendere le azioni appropriate per prevenire danni.
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Riferimenti
- Ingegneria delle sottostazioni elettriche, terza edizione di Turan Gonen
- Protezione del sistema di alimentazione e quadri di JR Lucas
- Ingegneria dei trasformatori: progettazione, tecnologia e diagnostica di GK Dubey