L’incremento di temperatura indica di quanto un componente del trasformatore supera una temperatura di riferimento, di solito l’aria ambiente o il fluido di raffreddamento. È una differenza, non una singola lettura. Lo stesso concetto si applica a olio superiore, avvolgimento e punto caldo, ciascuno con il proprio incremento.
La confusione nasce perché «temperatura» e «incremento di temperatura» vengono talvolta usati come sinonimi. Un avvolgimento a 80 °C in una giornata fredda e uno a 80 °C in una giornata calda hanno la medesima temperatura assoluta, ma incrementi diversi.
Che cos’è l’incremento di temperatura di un trasformatore?
Nella forma più semplice, si calcola sottraendo la temperatura di riferimento da quella del componente:
Incremento di temperatura = temperatura del componente − temperatura di riferimento
Il componente può essere l’olio superiore, l’avvolgimento o un punto specifico al suo interno. Il riferimento è di norma la temperatura ambiente o quella del fluido di raffreddamento, secondo la definizione adottata. La scelta dipende da progetto, raffreddamento e specifica o norma applicabile.
La temperatura assoluta indica quanto è caldo un punto; l’incremento indica di quanto il trasformatore si è riscaldato rispetto all’ambiente. Entrambi i valori sono utili, ma rispondono a domande diverse. La temperatura assoluta è legata allo stress termico dell’isolamento; l’incremento aiuta a confrontare le prestazioni in condizioni ambientali differenti.
Si può definire un incremento distinto per olio superiore, avvolgimento, punto caldo e regioni strutturali o del serbatoio.
Perché aumenta la temperatura del trasformatore?
Un trasformatore è efficiente, ma non privo di perdite. L’energia persa durante il funzionamento diventa calore, che deve essere trasferito all’olio, all’aria o a un altro mezzo di raffreddamento. L’incremento è il risultato dell’equilibrio tra calore generato e calore dissipato.
Perdite negli avvolgimenti
La corrente di carico negli avvolgimenti causa perdite resistive. In generale, una corrente maggiore comporta più perdite e calore nei conduttori: è uno dei motivi principali per cui la temperatura degli avvolgimenti sale con il carico.
La risposta non è istantanea. Avvolgimenti, olio e isolanti hanno inerzia termica, quindi la temperatura cambia nel tempo quando varia il carico. L’olio reagisce generalmente più lentamente dei conduttori.
Perdite nel nucleo e perdite disperse
Il nucleo genera perdite quando il trasformatore è alimentato, in gran parte indipendentemente dal carico. Il flusso disperso produce perdite anche in parti strutturali come pareti del serbatoio, sistemi di serraggio e altri componenti metallici, contribuendo al riscaldamento locale. L’entità dipende dal progetto.
Condizioni di raffreddamento
Il calore deve uscire dal trasformatore per mantenere stabili le temperature. A seconda del progetto, il raffreddamento può usare circolazione naturale o forzata dell’olio, radiatori, ventilatori, pompe e aria ambiente. Se la dissipazione peggiora, a parità di perdite l’incremento sarà maggiore. Può accadere con temperatura ambiente più alta, flusso d’aria ridotto o modifiche al raffreddamento.
L’incremento va quindi interpretato come effetto combinato di carico, perdite e raffreddamento, non come proprietà fissa del trasformatore.
Temperatura ambiente, dell’olio superiore, degli avvolgimenti e del punto caldo
Queste temperature sono correlate, ma non intercambiabili. La tabella riassume il rapporto di ciascuna con l’incremento.
| Temperatura | Che cosa rappresenta | Rapporto con l’incremento di temperatura | Perché è importante |
|---|---|---|---|
| Temperatura ambiente | Temperatura dell’aria o dell’ambiente circostante | Spesso è il riferimento da cui si calcola l’incremento | Definisce la base al di sopra della quale il trasformatore si riscalda |
| Temperatura dell’olio superiore | Temperatura dell’olio nella parte superiore del serbatoio | L’incremento dell’olio superiore è la differenza rispetto alla temperatura di riferimento | Indica lo stato termico generale dell’olio, non la temperatura di ogni punto dell’avvolgimento |
| Temperatura degli avvolgimenti | Temperatura dell’avvolgimento, spesso stimata o media | Sotto carico l’incremento dell’avvolgimento è in genere superiore a quello dell’olio | Riflette il riscaldamento dei conduttori e dell’isolamento adiacente |
| Temperatura del punto caldo | Temperatura massima all’interno dell’avvolgimento | Può essere espressa come valore assoluto o come incremento rispetto al riferimento | Rappresenta la posizione sottoposta al maggiore stress termico |
| Temperatura diretta a fibra ottica degli avvolgimenti | Temperatura effettiva sulla punta sensibile della sonda | Se è nota la temperatura di riferimento, consente di calcolare l’incremento in quella posizione | Fornisce una misura effettiva in un punto fisico selezionato |
È utile tenere presenti tre distinzioni. La temperatura dell’olio superiore non coincide con quella degli avvolgimenti, che di norma sono più caldi. La temperatura media non coincide con quella del punto caldo, perché la media combina regioni più e meno calde. La sonda diretta fornisce la temperatura effettiva sulla propria punta, che non è necessariamente collocata nel punto più caldo.
Incremento di temperatura e punto caldo del trasformatore
L’incremento descrive quanto una temperatura supera il riferimento. La temperatura del punto caldo riguarda una posizione locale dell’avvolgimento, generalmente quella che raggiunge il valore massimo. Sono concetti diversi, anche se spesso si discutono insieme.
La temperatura del punto caldo può essere espressa in valore assoluto oppure come incremento. Quando si parla di «incremento di temperatura» occorre chiarire se si intende quello medio dell’avvolgimento, dell’olio o del punto caldo. Le cause dei riscaldamenti localizzati sono illustrate nell’articolo sui punti caldi nei trasformatori.
Come si misura l’incremento di temperatura del trasformatore?
Non esiste un unico strumento che misuri l’incremento. Si combina una temperatura di riferimento con una o più temperature dei componenti, misurate o stimate con metodi diversi. Per una panoramica più ampia del monitoraggio durante il ciclo di vita del trasformatore, consulta la pagina dedicata al monitoraggio della temperatura dei trasformatori.
Misura della temperatura ambiente / di riferimento
Poiché l’incremento è una differenza, occorre conoscere il riferimento. La temperatura ambiente si misura comunemente con un sensore collocato fuori dal trasformatore, in una posizione rappresentativa dell’aria di raffreddamento. Riferimento e punto di misura influenzano il risultato e vanno definiti in modo coerente, soprattutto nei confronti nel tempo o tra unità.
Misura della temperatura dell’olio superiore
La temperatura dell’olio superiore si misura nella parte alta del serbatoio, dove tende a raccogliersi l’olio riscaldato. È una misura diffusa e utile per valutare lo stato termico generale dell’olio. Sottraendo il riferimento si ottiene il relativo incremento, che però non descrive i singoli punti degli avvolgimenti.
Stima della temperatura degli avvolgimenti
La temperatura viene spesso calcolata. Un WTI o un modello termico combina normalmente la temperatura misurata dell’olio superiore con un segnale proporzionale alla corrente di carico, quindi applica parametri del modello. I valori sono calcolati o simulati sulla base degli ingressi e delle ipotesi adottate. Sono metodi consolidati per monitoraggio e protezione. Per un approfondimento, consulta come si misura la temperatura degli avvolgimenti di un trasformatore.
Misura diretta della temperatura degli avvolgimenti
La misura diretta utilizza una sonda con punta installata in una posizione scelta dell’avvolgimento. Il valore è la temperatura effettiva in quel punto fisico, non una stima calcolata. Con una sonda a fibra ottica fluorescente, la fibra porta il segnale fuori dal trasformatore a uno strumento che restituisce la lettura. Se è disponibile il riferimento, si può calcolare l’incremento in quella posizione. Il metodo è approfondito più avanti.
Che cos’è una prova di incremento della temperatura del trasformatore?
La prova di incremento della temperatura, talvolta detta prova di riscaldamento, è un test controllato che osserva come si riscalda il trasformatore in condizioni di carico e prova definite. In genere viene eseguita prima della messa in servizio, durante la verifica del progetto o le prove di fabbrica.
La prova osserva la risposta termica di olio e avvolgimenti alle condizioni applicate e confronta i risultati con valori di progetto o requisiti specificati. È una fotografia in condizioni controllate, non una previsione del carico e raffreddamento reali per anni di servizio.
Condizioni, durata e valutazione della prova sono definite dalla norma applicabile e dalle specifiche del progetto. Per i dettagli occorre consultare direttamente tali documenti, non affidarsi a descrizioni generiche.
Prova di incremento e monitoraggio continuo a confronto
Entrambi riguardano la temperatura, ma rispondono a domande diverse.
| Aspetto | Prova di incremento della temperatura | Monitoraggio online della temperatura |
|---|---|---|
| Scopo | Verificare le prestazioni termiche rispetto a progetto o specifiche | Osservare il comportamento termico durante il funzionamento reale |
| Quando si esegue | In genere in fabbrica o durante prove definite | In modo continuo o periodico durante la vita operativa |
| Condizioni operative | Condizioni di prova controllate e definite | Carico, raffreddamento e ambiente reali |
| Durata dei dati | Limitata al periodo di prova | Andamenti di lungo termine: giorni, stagioni e anni |
| Informazioni termiche tipiche | Comportamento di olio e avvolgimenti durante la prova | Andamenti con variazioni di carico e raffreddamento |
| Utilità in servizio | Riferimento per la verifica del progetto | Consapevolezza operativa, confronto delle tendenze e verifica del modello termico |
Una prova in fabbrica o controllata non equivale al funzionamento reale di lungo periodo. Il monitoraggio online mostra come la temperatura varia con carico e raffreddamento sul campo, ma non sostituisce la prova; la prova, a sua volta, non sostituisce il monitoraggio.
Come si calcola l’incremento di temperatura?
Il calcolo di base è una semplice sottrazione:
Incremento di temperatura = temperatura del componente − temperatura di riferimento
Come puro esempio matematico, con ambiente a 25 °C e componente misurato a 75 °C, l’incremento è 75 − 25 = 50 °C. Il dato illustra soltanto il calcolo: non è un limite ammissibile, un valore tipico o una classe del trasformatore.
Il calcolo della temperatura degli avvolgimenti o del punto caldo dai dati operativi è più complesso e può dipendere da corrente di carico, temperatura dell’olio, costanti di tempo termiche, differenza tra avvolgimento e olio e condizioni di raffreddamento. Si basa normalmente su un modello termico, su una guida al carico come IEC 60076-7 o IEEE C57.91 e sui dati di progetto del trasformatore. I parametri sono specifici della macchina e vanno ricavati dal costruttore o dalla guida applicabile.
Che cosa indica la classe di incremento termico del trasformatore?
Indica l’incremento per cui il trasformatore è progettato in relazione al sistema isolante e al raffreddamento. È vincolata a requisiti di progetto e specifiche applicabili. Progetti e norme differenti adottano limiti o riferimenti diversi: non esiste un unico valore valido per tutti i trasformatori.
Per conoscere il valore di una macchina specifica, consulta targhetta, documentazione del costruttore, specifiche di progetto e norma applicabile. Non applicare a un altro tipo di trasformatore un valore senza verificare che valgano gli stessi riferimenti e requisiti.
Misura diretta degli avvolgimenti con fibra ottica
La tecnologia INNO si basa sulla misura puntuale a fibra ottica con fluorescenza. La punta della sonda è collocata in una posizione scelta dell’avvolgimento; la fibra porta il segnale fuori dal trasformatore e uno strumento compatibile restituisce la temperatura.
Un sensore di temperatura a fibra ottica per avvolgimenti presenta caratteristiche adatte alla misura degli avvolgimenti:
- Misura puntuale diretta sulla posizione della punta sensibile
- Isolamento elettrico del percorso sensibile ottico
- Elevata resistenza alle interferenze elettromagnetiche
- Misura multipunto con più sonde
Poiché la sonda fornisce la temperatura effettiva nella posizione scelta, il dato può aiutare a verificare i risultati di un modello, confrontare misure con carichi diversi o calcolare l’incremento quando è registrata una temperatura di riferimento. Se interessa una zona di punto caldo, monitoraggio diretto dei punti caldi può misurare la temperatura in posizioni dell’avvolgimento considerate termicamente critiche.
Per registrare nel tempo più posizioni, si possono collegare più sonde a un sistema di monitoraggio della temperatura di un trasformatore immerso in olio, che acquisisce insieme i canali e ne segue gli andamenti.
La misura puntuale va pianificata
Ogni sonda misura una singola posizione fisica selezionata. Per più posizioni servono più sonde. Una sonda non controlla l’intero avvolgimento e la fibra tra punta e strumento non misura lungo il proprio percorso. Più sonde non formano un sistema di misura distribuita e non individuano automaticamente un punto caldo sconosciuto.
La posizione delle sonde va quindi definita in anticipo considerando:
- Progettazione del trasformatore
- Analisi termica
- Dati delle prove di fabbrica
- Posizioni critiche note o previste dal punto di vista termico
- Obiettivo della misura
Per questo le sonde dirette negli avvolgimenti vengono normalmente pianificate in fase di progettazione e produzione. L’accesso interno a un trasformatore esistente è di solito limitato, quindi non si può presumere che le sonde siano installabili a posteriori.
Rapporto tra incremento di temperatura e invecchiamento del trasformatore
Temperature di esercizio più alte, soprattutto se sostenute in un punto caldo, aumentano lo stress termico dell’isolamento. L’incremento descrive quanto la macchina si riscalda rispetto all’ambiente. Per collegarlo alla vita dell’isolamento occorre però considerare anche umidità, stato dell’olio, storia del carico e altri fattori. L’articolo su invecchiamento dei trasformatori approfondisce questo rapporto.
Quando è opportuno verificare l’incremento di temperatura?
L’incremento merita una verifica in momenti specifici della vita del trasformatore. Nessuna osservazione isolata indica da sola un guasto: ciascuna è un motivo per esaminare meglio i dati.
- Carico superiore al consueto: carichi elevati sostenuti o ripetuti modificano generazione di calore e temperatura.
- Variazioni del raffreddamento: modifiche, manutenzione o cambiamenti di funzionamento possono alterare la temperatura a parità di carico.
- Temperatura più alta a carico simile: un aumento nel tempo in condizioni comparabili di carico e ambiente merita un’analisi.
- Differenze tra fasi o avvolgimenti: valori diversi tra avvolgimenti simili possono dipendere da carico, raffreddamento o misura.
- Prova di incremento in fabbrica: per verificare le prestazioni termiche rispetto a progetto e specifiche.
- Messa in servizio: per stabilire un riferimento del comportamento termico in esercizio.
- Verifica del modello termico: per confrontare temperature calcolate e misurate.
- Monitoraggio di lungo periodo: per seguire nel tempo le tendenze stagionali e legate al carico.
Quale misura di temperatura fornisce quale informazione?
Le misure rispondono a domande diverse. La tabella non è una classifica e nessuna riga è la scelta migliore in ogni situazione.
| Misura | Utile per | Tipo di misura | Limite principale |
|---|---|---|---|
| Temperatura ambiente | Fornire il riferimento per l’incremento di temperatura | Misura diretta dell’ambiente circostante | Dipende dalla posizione e da quanto è rappresentativa |
| Temperatura dell’olio superiore | Stato termico generale dell’olio e relativo incremento | Diretta per l’olio, indiretta per l’avvolgimento | Non rappresenta le singole posizioni dell’avvolgimento |
| WTI | Temperatura stimata degli avvolgimenti per esercizio e protezione | Indiretta | Dipende dagli ingressi misurati e dalle ipotesi del modello |
| Modello termico | Calcolo di temperatura degli avvolgimenti e del punto caldo in base a carico e olio | Indiretta | Dipende dai dati e dai parametri di progetto |
| Sonda a fibra ottica diretta sull’avvolgimento | Temperatura effettiva in una posizione selezionata | Diretta | Misura un solo punto e richiede pianificazione del posizionamento |
| Più sonde sugli avvolgimenti | Temperature effettive in più posizioni selezionate | Diretta | Copre solo le posizioni in cui sono installate le sonde |
Conclusione
L’incremento indica quanto un componente si riscalda oltre il riferimento. Dipende da carico, perdite e raffreddamento e si manifesta diversamente nell’olio, negli avvolgimenti e nel punto caldo. Temperatura dell’olio superiore, media degli avvolgimenti e punto caldo sono valori correlati ma distinti; ciascuno può essere espresso in assoluto o rispetto al riferimento.
Le sonde dirette a fibra ottica forniscono temperature effettive in posizioni selezionate degli avvolgimenti. I dati consentono di confrontare misure e calcoli e seguire gli andamenti durante l’esercizio. L’interpretazione dell’incremento dipende comunque da progetto, raffreddamento, carico e specifiche applicabili.
Se il progetto richiede misure dirette della temperatura degli avvolgimenti o del punto caldo, INNO può valutare posizioni delle sonde, percorso della fibra e canali di monitoraggio.