Trasformatori MT/BT
Protezione dei trasformatori
Il trasformatore è una macchina elettrica che deve essere protetta sia contro il sovraccarico che contro il cortocircuito. Solitamente sul primario del trasformatore occorre prevedere la protezione contro il cortocircuito del primario, del secondario e della linea fino all’interruttore di macchina sul lato bassa tensione. La protezione contro il sovraccarico è invece normalmente affidata all’interruttore di macchina lato BT e deve essere coordinata con le protezioni lato MT.
E’ inoltre particolarmente importante monitorare la temperatura del trasformatore al fine di impedire che raggiunga valori troppo alti che possono provocare danni irreparabili.
Protezione contro il sovraccarico
Il sovraccarico è il fenomeno che si verifica quando il valore di corrente assorbito dall’impianto è più alto di quello nominale. Il perdurare di una situazione di sovraccarico porta inevitabilmente al superamento dei limiti di sovratemperatura accettabili, previsti per il trasformatore, con il rischio conseguente del cedimento degli isolanti. Eccezionalmente, in certe condizioni di servizio anomale, può essere accettabile superare le soglie di sovraccarico e sovratemperatura, a discapito dell’aspettativa di vita del trasformatore. Questa situazione talvolta è preferibile ad una interruzione del servizio (dovuta a un momentaneo picco di energia) che potrebbe provocare danni materiali ed economici piuttosto elevati. Nella maggior parte dei casi i sovraccarichi sono di origine transitoria e quindi non hanno generalmente effetto sull’equilibrio termico. Il livello di sovraccarico “accettabile” è funzione delle necessità di continuità di servizio dell’utente o della natura dell’impianto stesso. Per i trasformatori a liquido isolante la circolazione dell’olio di raffreddamento e la forma del cassone di contenimento dei radiatori consentono il rapido ripristino dell’isolamento e la riduzione di innesco delle scariche parziali, consentendo inoltre il raggiungimento in tempi rapidi della temperatura di esercizio del trasformatore stesso. Per i trasformatori in resina invece, l’elemento di raffreddamento è l’aria e quindi la temperatura di regime viene raggiunta in tempi più lunghi. In queste condizioni i trasformatori in resina sono più sovraccaricabili e ciò ne consente l’utilizzo in impianti con carichi in cui sono frequenti spunti di corrente. Tutto ciò è valido purchè le sovratemperature sugli avvolgimenti non permangano per valori superiori a quelli ammissibili in tempi troppo lunghi. A parziale soluzione del problema si può tuttavia ricorrere a ventilatori radiali da applicare ai trasformatori in resina che consentono il sovraccarico del trasformatore fino al 150% della potenza nominale.
La protezione dal sovraccarico può essere prevista sia sul lato di Media Tensione che sul lato Bassa Tensione, a seconda della potenza del trasformatore. Con trasformatori di bassa potenza è opportuno posizionare la protezione sul lato in Bassa Tensione, mentre nel caso di trasformatori con potenze elevate è consigliabile prevedere la protezione sul lato di Media Tensione. La protezione contro i sovraccarichi sul lato MT si realizza impiegando interruttori MT associati a protezioni di massima corrente a tempo costante o a tempo indipendente. Questi interruttori garantiscono anche la protezione contro le alte correnti di guasto. La protezione sul lato BT si realizza invece impiegando interruttori in Bassa Tensione installati nel quadro di distribuzione generale. Questi interruttori hanno una curva a tempo inverso che protegge il trasformatore. Per la corretta protezione del trasformatore l’interruttore è regolato in funzione della corrente nominale del trasformatore a monte.
Protezione contro il cortocircuito
Un guasto sul lato di bassa tensione vicino ai terminali del trasformatore ha come effetti una sollecitazione termica ed una sollecitazione meccanica sul trasformatore stesso che sono funzione dei valori e della durata del guasto. I trasformatori sono progettati per resistere ai cortocircuiti tra i loro terminali nella situazione più critica che corrisponde ad avere una sorgente di guasto infinita e cortocircuito franco. E’ bene ricordare tuttavia che i guasti ripetuti possono avere effetti cumulativi che possono contribuire al rapido invecchiamento degli isolanti. Per ovviare a questo problema è quindi necessario prevedere dei dispositivi di protezione (fusibili o interruttori automatici) in grado di limitare questi effetti e ridurre i rischi di danneggiamento per effetti termici del trasformatore. Per una protezione efficace è quindi necessario prevedere le adeguate protezioni sia sul lato Bassa Tensione, che su quello di Media Tensione (tenendo conto degli eventuali coordinamenti selettivi necessari).
Protezione contro le sovratemperature
Una sovratemperatura è il vero elemento da tenere sotto controllo, in quanto i suoi effetti possono portare al rapido deterioramento degli isolanti ed al cedimento del dielettrico del trasformatore. Il controllo quindi della temperatura è un fattore determinante per la protezione stessa del trasformatore. Per il controllo quindi della temperatura, i trasformatori in resina vengono generalmente equipaggiati con termoresistori, collegati a loro volta ad unità di gestione e controllo, che segnalano o sganciano direttamente il trasformatore al superamento delle soglie definite. Per i trasformatori in olio invece la misurazione in temperatura viene gestita utilizzando dei termostati. Il liquido dielettrico funziona come un fluido refrigerante per gli avvolgimenti e tende a livellare la temperatura interna del trasformatore. L’utilizzo di un termostato come dispositivo di misura consente di gestire più soglie di intervento, utilizzabili ad esempio per l’attivazione di trasferimento del carico oppure per il raffreddamento forzato del trasformatore.
