I punti caldi sono zone localizzate dell’avvolgimento o di strutture vicine attraversate dalla corrente, che operano a temperature superiori a quelle circostanti. Nascono dalla combinazione di perdite elettriche, distribuzione della corrente, geometria degli avvolgimenti e raffreddamento locale.
Il punto caldo è importante perché una sola lettura dell’olio superiore o della temperatura media può non rappresentare la parte più calda dell’avvolgimento. La distribuzione interna non è uniforme; il picco locale determina lo stress termico e contribuisce all’invecchiamento dell’isolamento.
I punti caldi si possono monitorare indirettamente con modelli termici o indicatori WTI, oppure direttamente in posizioni scelte con sensori a fibra ottica integrati.
Che cos’è un punto caldo del trasformatore?
È una zona localizzata che raggiunge una temperatura superiore a quella delle aree circostanti dell’avvolgimento o dell’olio. È una grandezza locale, non una descrizione dell’intero avvolgimento.
La temperatura media di un avvolgimento può apparire accettabile mentre una zona localizzata è più calda. La media descrive lo stato termico generale; il punto caldo indica la temperatura locale critica. Un punto caldo localizzato può esistere anche nel normale funzionamento, perché generazione e dissipazione del calore non sono uniformi. L’accettabilità dipende da progetto, carico e limiti applicabili; il valore è strettamente legato all’invecchiamento termico dell’isolamento.
Dove si formano i punti caldi nei trasformatori?
Le possibili zone comprendono:
- Spire selezionate dell’avvolgimento
- Sezioni con perdite locali maggiori
- Zone con circolazione dell’olio limitata
- Aree di trasposizione dei conduttori o componenti strutturali
- Collegamenti o terminali degli avvolgimenti
- Altri punti attraversati dalla corrente, secondo il progetto
Non esiste una posizione fissa valida per tutti i trasformatori. La posizione probabile dipende da geometria degli avvolgimenti, distribuzione della corrente, carico, perdite, raffreddamento e flusso dell’olio; si determina normalmente in base a progetto e analisi termica. Può variare anche con le condizioni operative.
Quali sono le cause dei punti caldi nei trasformatori?
Corrente di carico e perdite I²R
All’aumentare della corrente crescono le perdite nei conduttori e la temperatura degli avvolgimenti. Poiché il calore viene generato nei conduttori, gli avvolgimenti sono una delle principali zone soggette a temperature elevate; anche altre connessioni o strutture possono però surriscaldarsi localmente.
Perdite per correnti parassite e perdite disperse
Le condizioni elettromagnetiche locali possono generare perdite aggiuntive nei conduttori e nelle strutture metalliche vicine. La distribuzione non è uniforme, quindi alcune zone ricevono più calore.
Raffreddamento non uniforme
La dissipazione del calore raramente è uniforme. Possono influire:
- Distribuzione del flusso d’olio
- Efficacia dei canali di raffreddamento
- Flusso d’aria locale nei trasformatori a secco
- Funzionamento delle apparecchiature di raffreddamento
Geometria degli avvolgimenti e distribuzione della corrente
Le sezioni degli avvolgimenti possono generare e dissipare calore in modo diverso. Disposizione dei conduttori, posizione delle sezioni e distribuzione della corrente influenzano la concentrazione del calore.
Sovraccarico o carico operativo elevato
Un carico maggiore aumenta lo stress termico sull’isolamento. Il funzionamento oltre il carico nominale è una condizione da gestire e non implica un danno immediato.
Riscaldamento locale di giunzioni o contatti
Una connessione ad alta resistenza o una giunzione attraversata dalla corrente può surriscaldarsi localmente. È una possibile causa tra diverse e si distingue dal normale riscaldamento degli avvolgimenti.
Perché il punto caldo differisce dalla temperatura media degli avvolgimenti?
La media attenua la distribuzione delle temperature. Nel monitoraggio dei trasformatori si usano valori diversi, ciascuno con un significato specifico:
- Temperatura ambiente: temperatura dell’aria circostante.
- Temperatura dell’olio superiore: temperatura dell’olio nella parte alta del serbatoio o in un punto di misura definito.
- Temperatura media degli avvolgimenti: valore medio dei conduttori o della massa dell’avvolgimento.
- Valore WTI: di solito temperatura stimata o simulata, ricavata dall’olio e da una compensazione legata al carico, secondo il progetto dello strumento.
- Temperatura del punto caldo: massimo localizzato o quasi massimo in una posizione critica dell’avvolgimento.
- Misura diretta a fibra ottica: temperatura effettiva nella posizione fisica della sonda.
| Valore di temperatura | Che cosa rappresenta | Limite principale |
|---|---|---|
| Temperatura media degli avvolgimenti | Temperatura media dei conduttori | Può nascondere picchi locali |
| Temperatura dell’olio superiore | Temperatura dell’olio in un punto definito | Non coincide direttamente con il punto caldo dell’avvolgimento |
| Lettura WTI | Temperatura stimata degli avvolgimenti | Dipende dal modello e dal metodo di compensazione |
| Lettura diretta a fibra ottica | Temperatura nel punto della sonda | Rappresenta solo la posizione d’installazione |
La temperatura dell’olio superiore indica il punto caldo?
No, non direttamente. È utile per valutare la condizione termica del trasformatore, ma non equivale alla temperatura del punto caldo degli avvolgimenti.
Il punto caldo può differire molto dalla temperatura dell’olio in base a carico, progetto, gradiente termico e raffreddamento. Entità della differenza e condizioni operative sono specifiche del trasformatore: non applicare uno scarto fisso.
Come si stima la temperatura del punto caldo?
I metodi tradizionali combinano misure e calcoli. Possono usare:
- Un indicatore della temperatura degli avvolgimenti
- Un modello termico
- La corrente di carico
- Temperatura dell’olio superiore
- Un gradiente termico calcolato
Questi metodi stimano la temperatura degli avvolgimenti o del punto caldo, anziché misurare il conduttore nella posizione fisicamente più calda. La stima è diffusa e può essere efficace se configurata correttamente.
Come stima il punto caldo un indicatore WTI?
Un WTI simula o stima in genere la temperatura degli avvolgimenti. La logica combina tipicamente temperatura dell’olio e compensazione termica legata alla corrente; lo strumento aggiunge un incremento calcolato alla lettura dell’olio.
Un WTI convenzionale normalmente non misura direttamente il conduttore. La precisione dipende da quanto la compensazione rappresenta il trasformatore reale. L’OTI misura invece soltanto la temperatura dell’olio.
Come stimano i punti caldi i modelli termici?
I modelli utilizzano ingressi misurati e calcolati, come carico, corrente, temperatura dell’olio, costanti termiche e parametri di progetto, per stimare la temperatura degli avvolgimenti o del punto caldo.
Vantaggi: non serve un sensore integrato negli avvolgimenti e il modello consente il monitoraggio continuo della condizione.
Limiti: il risultato dipende da ipotesi, parametri del trasformatore, precisione degli ingressi e condizioni operative. Il modello è rappresentativo solo quanto i suoi dati.
Come monitorare direttamente i punti caldi con sensori a fibra ottica?
Le sonde si possono installare in posizioni selezionate durante la produzione del trasformatore. La catena di misura è semplice:
Sonda a fibra ottica → fibra ottica → strumento di monitoraggio → dati di temperatura
La sonda misura direttamente la temperatura nel proprio punto fisico. Questa posizione rappresenta un punto caldo potenziale solo se scelta in base a progetto e analisi termica. Il metodo offre misura puntuale diretta, percorso sensibile elettricamente isolato, resistenza alle interferenze lungo il percorso ottico, idoneità ad ambienti ad alta tensione e possibilità di controllare più punti.
Il sensore non individua automaticamente il punto caldo. La posizione va scelta in anticipo: il dato è rappresentativo solo se lo è il punto d’installazione.
INNO fornisce sonde puntuali a fibra ottica e strumenti multicanale per la misura diretta in posizioni selezionate degli avvolgimenti, usando la la misura puntuale fluorescente a fibra ottica. I valori di riferimento possono includere intervallo di circa -40–260 °C, precisione di circa ±0,5–±1 °C, risposta inferiore a 1 s e fibra di circa 0–20 m, secondo configurazione e progetto.
Dove posizionare i sensori a fibra ottica negli avvolgimenti?
La posizione deve seguire progetto del trasformatore, punto caldo previsto, calcoli termici, geometria dell’avvolgimento, raffreddamento ed esperienza del costruttore. Più sonde possono essere collocate in diverse zone candidate, invece di presumere un’unica posizione.
Perché usare più sensori invece di uno?
Una sonda misura un solo punto e non può rappresentare la distribuzione termica dell’intero avvolgimento. Il monitoraggio multipunto può fornire:
- Confronto tra posizioni dell’avvolgimento
- Informazioni sulla distribuzione termica
- Rilevamento di zone a temperatura più alta
- Ridondanza e controllo incrociato
- Migliore comprensione al variare del carico
Un numero maggiore di sensori non è automaticamente migliore. I canali vanno dimensionati in base al progetto e all’obiettivo di monitoraggio.
Quanti canali a fibra ottica servono per monitorare i punti caldi?
Nei progetti INNO per trasformatori in olio si possono usare configurazioni da 6 / 8 / 9 / 12 / 16 canali, secondo progetto, avvolgimenti, fasi, posizioni e requisiti. Sono configurazioni pratiche, non quantità imposte da standard di settore. In base allo strumento possono essere possibili canali personalizzati.
Misura diretta e stima del punto caldo a confronto
| Metodo | Base della misura | Diretta o stimata | Vantaggio principale | Limite principale |
|---|---|---|---|---|
| Sensore dell’olio superiore | Temperatura dell’olio | Misura diretta dell’olio | Riferimento termico semplice | Non misura direttamente il punto caldo degli avvolgimenti |
| WTI | Temperatura dell’olio + compensazione del carico | Stimata | Metodo ampiamente utilizzato | Dipende da simulazione e configurazione |
| Modello termico | Carico + olio + parametri del trasformatore | Stimata | Stima continua calcolata del punto caldo | Dipende dagli ingressi del modello |
| Sonda a fibra ottica integrata | Sonda in una posizione scelta dell’avvolgimento | Misura puntuale diretta | Misura la temperatura effettiva nel punto installato | Misura soltanto la posizione selezionata |
Ogni metodo fornisce informazioni termiche differenti; un sistema può combinarne più di uno.
I sensori a fibra ottica possono sostituire i WTI?
Non necessariamente. Sensori a fibra ottica e WTI hanno funzioni diverse: la sonda misura direttamente un punto fisico; il WTI stima la temperatura tramite simulazione e compensazione. Alcuni progetti li utilizzano entrambi. La scelta dipende da specifiche, prassi dell’utilizzatore e obiettivi di monitoraggio.
Che cosa succede quando varia il carico del trasformatore?
Al variare del carico cambiano le perdite nei conduttori. La temperatura dell’olio varia generalmente più lentamente; gli avvolgimenti e il punto caldo possono rispondere in modo diverso. Posizione e intensità del punto caldo possono variare con le condizioni operative: una lettura a un certo carico non va data per valida a un altro.
Come influisce il raffreddamento sui punti caldi?
Il raffreddamento influenza fortemente la dissipazione negli avvolgimenti, nell’olio, nel nucleo e nelle strutture. Contano circolazione naturale o forzata dell’olio, ventilatori, pompe, canali di raffreddamento e flusso d’aria. Una dissipazione locale non uniforme o insufficiente può alzare la temperatura anche se l’olio generale sembra normale.
Come si monitorano i punti caldi nei trasformatori in olio?
Il monitoraggio può combinare diversi elementi:
- Temperatura dell’olio superiore
- WTI
- Modello termico
- Sensori a fibra ottica integrati
- Sistema di monitoraggio del trasformatore
Le sonde integrate vengono spesso installate durante la produzione. A trasformatore costruito, inserirle direttamente negli avvolgimenti è molto più complesso: la decisione andrebbe presa in fase di progetto.
Come si monitorano i punti caldi nei trasformatori a secco?
Questi trasformatori non usano olio isolante; il monitoraggio riguarda avvolgimenti, bobine, nucleo e posizioni strutturali selezionate. Gli RTD / PT100 sono comuni. Si possono usare sensori a fibra ottica quando servono isolamento elettrico, resistenza alle interferenze o misura diretta di punti selezionati. Entrambi i metodi sono validi: la scelta dipende dal progetto e dai requisiti.
Come integrare i dati dei punti caldi nel sistema di monitoraggio?
Lo strumento a fibra ottica o il dispositivo di monitoraggio può usare i dati per display locale, allarmi, registrazione delle tendenze e collegamento a PLC, SCADA o piattaforme di supervisione. Le interfacce possibili comprendono RS485 con protocollo supportato, Modbus RTU, 4–20 mA, relè di allarme ed Ethernet / TCP/IP, secondo lo strumento. Verificare le uscite richieste in fase di specifica, poiché non tutti i modelli le supportano.
Quali grandezze monitorare insieme alla temperatura dei punti caldi?
A seconda del trasformatore e del progetto, si possono controllare anche:
- Temperatura dell’olio superiore
- Temperatura degli avvolgimenti
- La corrente di carico
- Temperatura ambiente
- Stato del sistema di raffreddamento
- Condizione dell’olio / analisi dei gas disciolti (DGA)
- Condizione degli isolatori passanti
- Scariche parziali
- Condizione del commutatore sotto carico (OLTC)
La temperatura del punto caldo è un parametro tra quelli del monitoraggio del trasformatore e va interpretata insieme agli altri.
Quali informazioni servono per pianificare il monitoraggio dei punti caldi?
- Tipo di trasformatore
- In olio o a secco
- Potenza nominale del trasformatore
- Numero di fasi
- Disposizione degli avvolgimenti
- Posizioni previste dei punti caldi
- Numero di punti di misura
- Canali richiesti
- Fase d’installazione della sonda
- Percorso delle fibre
- Posizione dello strumento di monitoraggio
- Interfaccia di comunicazione richiesta
- Requisiti PLC/SCADA
- Esigenza di allarme
Architetture tipiche di monitoraggio dei punti caldi
Architettura 1: Sensore dell’olio superiore → WTI / dispositivo di monitoraggio → SCADA
Architettura 2: Carico del trasformatore + temperatura dell’olio → modello termico → stima del punto caldo
Architettura 3: Sonde a fibra ottica integrate → monitor multicanale → PLC / SCADA / sistema di monitoraggio del trasformatore
Gli approcci si possono combinare nella stessa architettura; ciascuno fornisce una prospettiva diversa sullo stato termico.
Equivoci comuni sul monitoraggio dei punti caldi
1. L’olio superiore coincide con il punto caldo degli avvolgimenti.
No. Si riferiscono a posizioni termiche diverse.
2. Un WTI misura direttamente il conduttore.
Un WTI tradizionale stima o simula generalmente la temperatura degli avvolgimenti.
3. Il punto caldo è sempre nella stessa posizione fisica.
La posizione dipende dal progetto e dalle condizioni operative.
4. Una sonda a fibra ottica misura l’intero avvolgimento.
Una sonda puntuale misura una posizione fisica.
5. La fibra ottica individua automaticamente il punto più caldo.
Le posizioni delle sonde vanno definite prima del funzionamento.
6. Più canali sono sempre meglio.
Il numero va commisurato a progetto e obiettivo di monitoraggio.
7. La misura diretta rende inutili i modelli termici.
Misura diretta e stima possono fornire informazioni differenti e coesistere.