La temperatura degli avvolgimenti di un trasformatore si può misurare direttamente in posizioni selezionate oppure stimare indirettamente da temperatura dell’olio, corrente di carico e comportamento termico. I WTI tradizionali e i modelli termici stimano in genere la temperatura dell’avvolgimento o del punto caldo. Le sonde integrate, comprese quelle puntuali a fibra ottica, misurano direttamente la temperatura in posizioni selezionate all’interno dell’avvolgimento.
I diversi metodi rispondono a domande diverse: temperatura media, temperatura stimata dell’avvolgimento, stima del punto caldo e temperatura effettiva in un punto scelto. Sono concetti correlati, ma non rappresentano la stessa misura.
Metodi di misura diretta e di stima
| Metodo | Tipo di misura | Che cosa misura | Monitoraggio online | Impiego tipico |
|---|---|---|---|---|
| Sonda integrata a fibra ottica | Diretta | Temperatura in un punto interno selezionato dell’avvolgimento | Sì | Monitoraggio dei punti caldi / interni dell’avvolgimento |
| Indicatore della temperatura degli avvolgimenti (WTI) | Indiretta | Temperatura simulata o indicata degli avvolgimenti | Sì | Monitoraggio tradizionale del trasformatore / controllo del raffreddamento |
| Modello termico | Indiretta | Temperatura calcolata del punto caldo dell’avvolgimento | Sì | Sistemi di monitoraggio dei trasformatori |
| Metodo della resistenza | Temperatura indiretta / media ricavata dalla resistenza | Temperatura media dell’avvolgimento | Di norma basata su prove | Prove di incremento della temperatura / test del trasformatore |
| RTD / PT100 | Diretta nel punto del sensore, se il progetto lo consente | Punto fisico selezionato | Sì | Comune in alcune configurazioni di trasformatori a secco |
| Infrarossi | Misura diretta della superficie | Superficie esterna accessibile | Sì / periodica | Ispezione superficiale, non misura del punto caldo interno |
Che cosa significa davvero «temperatura degli avvolgimenti del trasformatore»?
Temperatura media degli avvolgimenti
La temperatura media complessiva dell’avvolgimento, ricavabile anche dalla variazione della sua resistenza.
Temperatura del punto caldo dell’avvolgimento
Posizione localizzata dell’avvolgimento che si prevede raggiunga la temperatura più alta, o punto di particolare interesse termico: un parametro importante nel monitoraggio dei trasformatori.
Temperatura misurata in un punto
Temperatura effettiva nella posizione fisica in cui è installato il sensore.
Temperatura calcolata / indicata dell’avvolgimento
Valore derivato o simulato da temperatura dell’olio, corrente di carico e modello termico.
Questi valori sono correlati, ma non rappresentano la stessa misura.
Metodo 1: indicatore della temperatura degli avvolgimenti (WTI)
Un WTI misura direttamente la temperatura degli avvolgimenti? In molte progettazioni tradizionali, no.
Un WTI tradizionale combina di norma una sonda o un elemento sensibile correlato alla temperatura dell’olio con l’ingresso di un trasformatore di corrente e un elemento riscaldante o un meccanismo di compensazione. Così simula l’incremento di temperatura degli avvolgimenti rispetto all’olio. Gli strumenti elettronici moderni possono invece calcolare la temperatura usando la corrente e il valore misurato dell’olio superiore.
Le uscite del WTI vengono comunemente usate per indicazione locale, allarmi, comando di ventilatori e pompe e controllo del raffreddamento. Il valore non rappresenta necessariamente la temperatura effettiva del punto più caldo del conduttore.
Metodo 2: modelli termici del trasformatore
I moderni sistemi di monitoraggio possono stimare la temperatura del punto caldo usando dati operativi misurati e un modello termico. Gli ingressi possono comprendere temperatura dell’olio superiore, corrente e carico del trasformatore, stato del raffreddamento e parametri termici specifici della macchina.
Le uscite possono includere temperatura calcolata degli avvolgimenti, stima del punto caldo o informazioni sul carico termico.
Questo metodo non richiede sensori elettronici interni in ogni posizione, supporta il monitoraggio online continuo e si integra nei sistemi di supervisione del trasformatore. Tuttavia, la temperatura calcolata del punto caldo resta un risultato del modello, non una misura fisica diretta nel punto dell’avvolgimento.
Metodo 3: misura della resistenza degli avvolgimenti
La resistenza degli avvolgimenti in rame o alluminio varia con la temperatura. Confrontando la resistenza misurata con un valore di riferimento si può determinare la temperatura media dell’avvolgimento.
Il metodo si usa comunemente nelle prove di fabbrica, nei test di incremento della temperatura e, dove applicabile, durante collaudo o diagnostica.
La misura della resistenza fornisce la temperatura media dell’avvolgimento, non quella del punto caldo locale. È utile nelle prove del trasformatore, ma normalmente non serve al monitoraggio online continuo di punti interni con la macchina alimentata.
Metodo 4: misura diretta con sonde di temperatura a fibra ottica
Le sonde puntuali a fibra ottica basate sulla fluorescenza misurano direttamente le posizioni selezionate dell’avvolgimento quando il progetto del trasformatore consente di integrarle.
Il percorso tipico del segnale è: sonda a fibra ottica → fibra ottica → passante o percorso nel trasformatore → trasmettitore di temperatura o strumento di monitoraggio. Durante produzione o assemblaggio, la punta sensibile viene posizionata in un punto scelto dell’avvolgimento.
| Parametro | Valore tipico |
|---|---|
| Campo di temperatura | Da −40 a 260 °C |
| Accuratezza | Da ±0,5 a ±1 °C |
| Tempo di risposta | <1 s |
| Diametro della sonda | Circa 2–3 mm |
| Lunghezza della fibra | Configurazione definita in base alle dimensioni del trasformatore e alla posizione dello strumento |
Le specifiche esatte dipendono dalla configurazione della sonda.
Perché si usano sensori a fibra ottica all’interno degli avvolgimenti
- Percorso sensibile elettricamente isolato
- Elevata resistenza alle interferenze elettromagnetiche
- Sonda compatta adatta agli spazi ridotti dell’avvolgimento
- Misura diretta in posizioni selezionate dell’avvolgimento
- La fibra ottica collega il punto interno allo strumento di monitoraggio esterno
- Più punti sensibili possono essere monitorati contemporaneamente
Dove si installano le sonde a fibra ottica?
Le posizioni vengono stabilite in fase di progettazione, considerando il comportamento termico previsto e l’obiettivo della misura. Possono includere punti selezionati candidati a punto caldo, sezioni soggette a maggiore stress termico, posizioni dedicate alle fasi e punti superiori, centrali o inferiori definiti dal progetto termico del costruttore.
Numero e posizione finali dei punti sensibili dipendono dal progetto del trasformatore, dalla disposizione degli avvolgimenti e dagli obiettivi di monitoraggio.
Metodo 5: misura con RTD o PT100 nei trasformatori
I sensori RTD / PT100 sono ampiamente usati nel monitoraggio della temperatura di trasformatori e apparecchiature elettriche, soprattutto quando il cablaggio conduttivo può essere integrato in sicurezza.
Nei trasformatori a secco si usano spesso per monitorare avvolgimenti e fasi, gestire controllori di temperatura, ventilatori, allarmi e sganci. Il posizionamento dipende dall’isolamento e dalla costruzione del trasformatore.
La fibra ottica è particolarmente interessante quando serve isolamento elettrico nel punto di misura, sono presenti forti interferenze elettromagnetiche o si vuole evitare cablaggio conduttivo all’interno dell’avvolgimento.
Una termocamera a infrarossi può misurare la temperatura degli avvolgimenti?
Non quella interna di un trasformatore chiuso.
La misura a infrarossi può essere utile su superfici accessibili, come connessioni esterne, isolatori passanti, terminali, componenti di raffreddamento e superfici esposte dei trasformatori a secco. Non consente però di vedere direttamente i punti caldi interni attraverso il serbatoio o l’isolamento.
Misura degli avvolgimenti nei trasformatori in olio
Monitoraggio tradizionale: temperatura dell’olio superiore, WTI, corrente di carico e stato del raffreddamento.
Monitoraggio moderno: temperatura dell’olio superiore, modello termico elettronico, sonde a fibra ottica integrate ove presenti, monitoraggio multicanale e integrazione con PLC / SCADA o sistemi di supervisione.
La misura diretta interna richiede normalmente sonde integrate durante la produzione o interventi interni importanti.
Misura degli avvolgimenti nei trasformatori a secco
Nei trasformatori a secco si usano comunemente sensori integrati nell’avvolgimento o nelle bobine: RTD / PT100, sonde a fibra ottica e controllori multicanale, con funzioni di comando ventilatori, allarme e sgancio.
Gli RTD / PT100 sono diffusi e compatibili con molti controllori per trasformatori a secco. La fibra ottica è utile quando si preferiscono isolamento elettrico, misura ottica diretta o maggiore resistenza alle interferenze. Non sostituisce necessariamente il PT100 in ogni applicazione.
Temperatura misurata direttamente o calcolata
| Confronto | Sensore integrato diretto | WTI / modello termico |
|---|---|---|
| Origine della misura | Punto sensibile fisico nell’avvolgimento | Temperatura dell’olio, corrente di carico e simulazione termica |
| Punto fisico reale | Sì | No, è stimato |
| Stima del punto caldo | Dipende dalla posizione della sonda | Progettato per stimare il punto caldo |
| Requisito d’installazione | Di norma durante la produzione | Strumentazione standard del trasformatore |
| Monitoraggio online | Sì | Sì |
| Capacità multipunto | Sì, con più sonde | Di norma un singolo valore calcolato |
| Isolamento elettrico | Sì (fibra ottica) | Non applicabile |
| Impiego più adatto | Temperatura effettiva in una posizione specifica | Temperatura stimata di avvolgimento / punto caldo in base alle condizioni operative |
I sensori diretti rispondono alla domanda: «Qual è la temperatura in questa posizione precisa?». I modelli termici rispondono a: «Qual è la temperatura stimata degli avvolgimenti o del punto caldo in base alle condizioni operative?». I due approcci possono integrarsi.
Quanti sensori servono per gli avvolgimenti?
Il numero di sonde dipende da fasi, configurazione degli avvolgimenti, dimensioni del trasformatore, punti termici individuati, eventuale ridondanza, obiettivo di monitoraggio e canali disponibili nello strumento.
Una sonda puntuale a fibra ottica corrisponde in genere a una posizione definita. Più sonde possono collegarsi a un trasmettitore multicanale, a uno strumento di monitoraggio del trasformatore o a un sistema di supervisione della macchina.
Come vengono utilizzati i dati di temperatura degli avvolgimenti?
I dati possono alimentare display locali, allarmi di alta temperatura, logiche di sgancio ove richieste, comando di ventilatori e pompe e integrazione con sistemi di monitoraggio, PLC o SCADA, inclusi registrazione e analisi delle tendenze.
In base allo strumento, le uscite comuni comprendono RS485, Modbus RTU, 4–20 mA e relè di allarme.
Quale metodo di misura scegliere nei diversi casi?
| Esigenza di misura | Metodo da valutare | Che cosa fornisce |
|---|---|---|
| Prova di incremento della temperatura in fabbrica | Metodo della resistenza e altre misure di prova | Temperatura media dell’avvolgimento |
| Indicazione continua dell’olio superiore / avvolgimento | WTI | Temperatura simulata / indicata degli avvolgimenti |
| Stima del punto caldo | Modello termico | Temperatura calcolata del punto caldo |
| Temperatura diretta degli avvolgimenti interni | Sonde ottiche integrate | Temperatura reale in punti interni selezionati |
| Temperatura degli avvolgimenti in trasformatore a secco | RTD / PT100 o sonde a fibra ottica | Misura puntuale diretta integrata con il controllore |
| Misura in alta tensione / con forti interferenze | Sonde ottiche integrate | Misura diretta elettricamente isolata |
| Ispezione della superficie | Misura a infrarossi | Solo temperatura della superficie accessibile |
| Monitoraggio del trasformatore via PLC / SCADA | Modello termico, WTI o uscita dello strumento a fibra ottica | Dati integrati di monitoraggio |
Che cosa verificare prima di scegliere il metodo di misura?
- Trasformatore in olio o a secco?
- Trasformatore nuovo o già esistente?
- Serve una misura diretta o una temperatura calcolata?
- Serve la media dell’avvolgimento o la temperatura di un punto caldo selezionato?
- Quante posizioni degli avvolgimenti vanno monitorate?
- Il sensore verrà installato durante la produzione del trasformatore?
- Serve isolamento elettrico?
- Sono presenti forti interferenze elettromagnetiche?
- Quale dimensione deve avere la sonda?
- Quale lunghezza di fibra / cavo serve?
- Quanti canali di monitoraggio sono necessari?
- Serve un display locale?
- Serve RS485 / Modbus?
- Serve un’uscita 4–20 mA?
- Serve un relè di allarme?
- Serve il controllo del raffreddamento?
- È necessaria l’integrazione con PLC / SCADA?
Limiti dei diversi metodi di misura
«Un indicatore della temperatura misura direttamente il conduttore.» I WTI tradizionali spesso simulano o stimano la temperatura, anziché misurare direttamente il conduttore.
«La temperatura dell’olio superiore coincide con quella degli avvolgimenti.» Sono correlate, ma descrivono posizioni e condizioni termiche differenti.
«La misura della resistenza fornisce la temperatura del punto caldo.» La misura della resistenza rappresenta principalmente la temperatura media dell’avvolgimento.
«Le termocamere misurano la temperatura interna degli avvolgimenti.» Misurano superfici accessibili, ma non vedono direttamente i punti caldi interni attraverso la struttura del trasformatore.
«Un sensore basta per ogni trasformatore.» Numero e posizione dei punti dipendono dal progetto del trasformatore e dagli obiettivi di monitoraggio.