Nucleo del trasformatore immerso nell'olio: la chiave per un'efficiente distribuzione dell'energia

Nel mondo moderno, l’elettricità svolge un ruolo fondamentale nell’alimentazione di case, aziende e industrie. Uno degli eroi non celebrati del sistema di distribuzione elettrica globale è il trasformatore immerso nell’olio, un componente cruciale per garantire che l’energia elettrica venga trasmessa in modo efficiente su grandi distanze. Tra le numerose parti di un trasformatore, il nucleo del trasformatore immerso in olio si distingue come elemento critico responsabile del mantenimento dell'efficienza energetica, dell'affidabilità e della sicurezza nella rete di distribuzione elettrica.
Il nucleo stesso è tipicamente costituito da fogli laminati di acciaio elettrico, un materiale scelto per la sua elevata permeabilità magnetica e bassa perdita di energia. Il processo di laminazione aiuta a ridurre le correnti parassite, che altrimenti potrebbero causare perdite di energia e generazione di calore nel nucleo. Le lastre sono solitamente rivestite con un sottile strato di isolante per evitare cortocircuiti.
La funzione primaria del nucleo del trasformatore è quello di trasportare il flusso magnetico generato dalla corrente alternata (AC) che passa attraverso la bobina primaria del trasformatore. Il nucleo incanala efficacemente il campo magnetico nella bobina secondaria, consentendo la trasformazione dell'energia elettrica da un livello di tensione a un altro.
Quando l'elettricità scorre attraverso l'avvolgimento primario, crea un campo magnetico alternato. Questo campo magnetico deve essere trasferito in modo efficiente all'avvolgimento secondario per indurre una tensione e fornire energia al carico.

Il nucleo, realizzato con materiali ad alta permeabilità, è progettato per condurre il flusso magnetico con una perdita minima. Il nucleo immerso nell'olio migliora l'efficienza di questo processo riducendo le perdite elettriche e garantendo la trasmissione regolare dell'energia tra gli avvolgimenti.
Il nucleo del trasformatore è immerso in olio isolante, che funge da agente refrigerante per assorbire il calore generato dalle correnti elettriche nel trasformatore. L'olio circola attorno al nucleo e agli avvolgimenti, contribuendo a dissipare il calore e a mantenere temperature operative sicure. Inoltre, l'olio fornisce isolamento elettrico, prevenendo cortocircuiti o guasti causati da archi elettrici.
L'olio assorbe il calore generato durante il processo di conversione dell'energia e aiuta a regolare la temperatura del trasformatore. L'olio raffreddato viene fatto circolare, spesso per convezione naturale o tramite una pompa dell'olio, per garantire che il calore sia distribuito uniformemente e che il nucleo e gli avvolgimenti non si surriscaldino.
I nuclei dei trasformatori immersi in olio offrono numerosi vantaggi rispetto ad altri tipi di trasformatori, rendendoli la scelta preferita per i trasformatori ad alta capacità e alta tensione utilizzati nei sistemi di generazione e distribuzione di energia:
Il sistema a immersione in olio fornisce un raffreddamento efficace, fondamentale per mantenere le prestazioni ottimali e la longevità del trasformatore. Mantenendo il nucleo e gli avvolgimenti a una temperatura stabile, i trasformatori in olio possono gestire capacità di carico più elevate senza surriscaldarsi.
L'olio funge da eccellente isolante, fornendo isolamento elettrico tra gli avvolgimenti e il nucleo. Ciò riduce il rischio di guasti elettrici, come cortocircuiti o guasti a terra, e migliora la sicurezza operativa del trasformatore.
L'uso di acciaio di alta qualità per il nucleo del trasformatore riduce le perdite di energia dovute a correnti parassite e isteresi, mentre l'immersione in olio riduce al minimo le perdite aggiuntive fornendo un ambiente di raffreddamento regolare e stabile.
Le proprietà di raffreddamento dell'olio non solo prevengono il surriscaldamento ma aiutano anche a mantenere l'integrità strutturale del trasformatore. Riducendo al minimo gli effetti dei cicli termici e dello stress elettrico, i trasformatori immersi in olio possono avere una durata operativa più lunga rispetto ad altri modelli.
Anche il processo di immersione in olio contribuisce alla sicurezza e all'affidabilità del trasformatore. In caso di guasto, l'olio aiuta a estinguere gli archi elettrici, prevenendo danni al nucleo e agli avvolgimenti. Inoltre, l’olio fornisce un ambiente ignifugo, migliorando ulteriormente la sicurezza del trasformatore.
Grazie all'efficiente sistema di raffreddamento e all'isolamento fornito dall'olio, i trasformatori in olio possono gestire capacità maggiori, rendendoli ideali per l'uso in centrali elettriche, sottostazioni e applicazioni industriali.
La costruzione di un nucleo di trasformatore in olio è un processo complesso che prevede diverse fasi per garantire la massima qualità, efficienza e sicurezza. Ecco gli elementi chiave della sua costruzione:
Il nucleo è costituito da sottili laminazioni di acciaio elettrico di alta qualità, trattato per ridurre al minimo le perdite del nucleo e migliorare l'efficienza magnetica. Questi lamierini sono impilati insieme per formare il nucleo e l'isolamento tra gli strati aiuta a ridurre l'impatto delle correnti parassite.
Il nucleo del trasformatore è immerso in olio minerale o talvolta olio sintetico, che funge sia da refrigerante che da isolante elettrico. L'olio viene accuratamente filtrato per garantirne la purezza e prevenire la contaminazione che potrebbe portare al degrado delle prestazioni del trasformatore.
Gli avvolgimenti del trasformatore, tipicamente realizzati in filo di rame o alluminio, sono posizionati attorno al nucleo. Gli avvolgimenti sono isolati elettricamente e sono i componenti chiave che aiutano a trasferire l'energia elettrica tra i circuiti primario e secondario.
Il nucleo del trasformatore, insieme agli avvolgimenti, è racchiuso in un serbatoio sigillato che contiene l'olio isolante. Il serbatoio è progettato per resistere alla pressione dell'olio in espansione e per prevenire perdite, garantendo che il trasformatore rimanga completamente immerso nell'olio.
L'olio circola all'interno del serbatoio, spesso con l'ausilio di una pompa dell'olio o per convezione naturale. È inoltre possibile utilizzare scambiatori di calore o radiatori per facilitare il raffreddamento dell'olio e mantenere il trasformatore alla corretta temperatura operativa.
I trasformatori immersi in olio vengono utilizzati in un'ampia gamma di applicazioni, in particolare dove sono coinvolte alte tensioni e grandi carichi di potenza. Alcune applicazioni comuni includono:
I trasformatori immersi in olio sono fondamentali nelle centrali elettriche e nelle sottostazioni dove vengono utilizzati per aumentare o diminuire i livelli di tensione per una trasmissione efficiente di potenza su lunghe distanze.
Le fabbriche e gli impianti industriali che richiedono grandi quantità di energia elettrica si affidano a trasformatori immersi nell'olio per distribuire l'elettricità in modo sicuro ed efficiente.
La spina dorsale della rete elettrica è costituita da trasformatori immersi in olio che facilitano la trasmissione regolare dell'energia dagli impianti di generazione alle reti di distribuzione.
Con la crescita del settore delle energie rinnovabili, i trasformatori immersi nell'olio vengono utilizzati negli impianti eolici e solari per gestire i processi di conversione e distribuzione dell'energia.