Sistemi di protezione dei trasformatori: una panoramica

Il trasformatore è un componente cruciale in un sistema di alimentazione ed è essenziale implementare schemi di protezione per garantirne un funzionamento sicuro e affidabile. Gli schemi di protezione dei trasformatori sono progettati per rilevare e reagire a condizioni operative anomale, come sovraccarichi, cortocircuiti e guasti all'isolamento, al fine di prevenire danni alle apparecchiature e interruzioni del sistema di alimentazione. In questo articolo, forniremo una panoramica dei vari schemi di protezione dei trasformatori utilizzati nel settore, inclusi i loro principi, dispositivi e applicazioni.

Protezione differenziale

La protezione differenziale è uno degli schemi più comuni e diffusi per la protezione dei trasformatori di potenza. Il suo funzionamento si basa sul principio del confronto tra la corrente in entrata e quella in uscita dagli avvolgimenti del trasformatore. In caso di guasto all'interno della zona protetta, la corrente risulterà sbilanciata e il relè differenziale interverrà per disconnettere il trasformatore. La protezione differenziale offre un'elevata sensibilità ai guasti interni ed è immune ai guasti passanti e alle perturbazioni esterne. Viene tipicamente applicata ai trasformatori di potenza di grandi dimensioni ed è efficace nel rilevare guasti incipienti e cedimenti dell'isolamento.

Protezione Buchholz

Il relè Buchholz è un dispositivo di protezione specializzato installato nella tubazione tra il serbatoio del trasformatore e il conservatore. È progettato per rilevare guasti incipienti come il cedimento dell'isolamento, il surriscaldamento e la presenza di aria o gas nell'olio del trasformatore. Il relè funziona secondo il principio del flusso di gas e olio dovuto al guasto interno. Quando si verifica un guasto, si genera gas all'interno del serbatoio del trasformatore, che provoca il movimento del galleggiante del relè, il quale a sua volta fa intervenire il trasformatore. La protezione Buchholz è particolarmente efficace per il rilevamento di guasti nei trasformatori immersi in olio e rappresenta un mezzo economicamente vantaggioso per prevenire guasti catastrofici del trasformatore.

Protezione da sovracorrente

La protezione da sovracorrente è un sistema fondamentale utilizzato per proteggere i trasformatori da sovraccarichi e cortocircuiti. Il suo funzionamento si basa sul monitoraggio della corrente che scorre negli avvolgimenti del trasformatore e sull'intervento dell'interruttore automatico qualora la corrente superi una soglia predefinita. La protezione da sovracorrente può essere implementata utilizzando diversi dispositivi, come relè di sovracorrente, relè elettronici e sistemi di protezione digitali. È essenziale per salvaguardare i trasformatori dai danni termici causati da sovraccarichi prolungati e cortocircuiti.

Monitoraggio di gas e temperatura

Il monitoraggio dei gas e della temperatura è un aspetto essenziale della protezione dei trasformatori, in quanto fornisce un allarme precoce di guasti interni e degrado dell'isolamento. Il monitoraggio dei gas prevede l'individuazione e l'analisi dei gas generati nell'olio del trasformatore a causa di archi elettrici, surriscaldamento e guasti dell'isolamento. I gas di guasto più comuni includono metano, etilene e idrogeno, che sono indicativi di specifici tipi di guasto. Il monitoraggio della temperatura, invece, prevede l'utilizzo di sensori per misurare la temperatura degli avvolgimenti e dell'olio del trasformatore. Un aumento anomalo della temperatura può indicare un guasto interno o una condizione di sovraccarico e può essere utilizzato per attivare azioni di protezione come la segnalazione di allarme o l'intervento del dispositivo di protezione.

Protezione dal sovraccarico

La protezione contro il sovraflusso è progettata per salvaguardare i trasformatori da livelli eccessivi di flusso magnetico che possono portare alla saturazione del nucleo e al surriscaldamento. Il sovraflusso può verificarsi durante disturbi di sistema, l'attivazione di trasformatori scarichi o in condizioni di basso fattore di potenza. Il sistema di protezione prevede in genere l'utilizzo di un relè di sovraflusso dedicato che misura le forme d'onda di tensione e corrente ai terminali del trasformatore e lo disconnette se i livelli di flusso superano i limiti consentiti. La protezione contro il sovraflusso è fondamentale per prevenire danni al nucleo e garantire l'affidabilità a lungo termine del trasformatore.

In sintesi, i sistemi di protezione dei trasformatori svolgono un ruolo fondamentale nel garantire il funzionamento sicuro ed efficiente dei trasformatori di potenza. La protezione differenziale, la protezione Buchholz, la protezione da sovracorrente, il monitoraggio di gas e temperatura e la protezione da sovraflusso sono solo alcuni esempi della vasta gamma di sistemi disponibili per la protezione dei trasformatori. Ogni sistema ha i suoi principi, dispositivi e applicazioni specifici, e tutti insieme forniscono una protezione completa contro diverse condizioni di guasto. Implementando sistemi di protezione adeguati, le aziende elettriche e gli impianti industriali possono ridurre al minimo il rischio di guasti ai trasformatori e migliorare la resilienza dei loro sistemi di alimentazione.