Trasformatori immersi in olio vs. trasformatori a secco: perché il raffreddamento a olio supera quello ad aria a parità di capacità e condizioni esterne?

A parità di potenza e condizioni esterne, le prestazioni di dissipazione del calore dei trasformatori immersi in olio superano quelle dei trasformatori a secco. Ciò è dovuto principalmente alle significative differenze nelle proprietà fisiche dei mezzi di raffreddamento (olio per trasformatori rispetto all'aria) e ai diversi design strutturali per la dissipazione del calore.

Di seguito è riportata un'analisi tecnica dettagliata:

1. Confronto delle proprietà fisiche dei mezzi di raffreddamento

Le prestazioni del mezzo di raffreddamento determinano direttamente l'efficienza del trasferimento di calore dalle fonti di calore (avvolgimenti e nucleo).

2. Efficienza del trasferimento di calore convettivo

• Vantaggio del mezzo liquido: In quanto liquido, sebbene la sua fluidità sia influenzata dalla viscosità, l'olio possiede un momento e una capacità di trasporto del calore di gran lunga superiori rispetto al gas quando si verifica la convezione (il fluido caldo sale, il fluido freddo scende).
• Coefficiente di trasferimento di calore superficiale: All'interno del trasformatore, il coefficiente di trasferimento di calore convettivo tra l'olio e la superficie dell'avvolgimento è significativamente superiore a quello dell'aria. Anche con il raffreddamento ad aria forzata (ventole), i trasformatori a secco faticano tipicamente a eguagliare l'efficienza di trasferimento del calore della convezione naturale dell'olio.

Vziman Trasformatore di potenza sigillato in olio della serie S13-M

3. Percorso di trasferimento del calore e area di contatto

• Permeabilità: L'olio per trasformatori ha un'eccellente fluidità e permeabilità, che gli consente di penetrare negli spazi più piccoli all'interno degli avvolgimenti e di entrare in contatto diretto con ciascun conduttore per dissipare il calore.

• Differenza nella resistenza termica:

  • Trasformatore a secco: Il calore deve attraversare uno strato isolante solido in resina epossidica con una conducibilità termica relativamente bassa prima di dissiparsi tramite la convezione dell'aria. Ciò si traduce in una grande resistenza termica complessiva.

  • Trasformatore in olio: Il calore viene trasferito direttamente dalla sorgente di calore all'olio, che ha una conducibilità termica superiore, risultando in una resistenza termica minima. Il calore viene rapidamente condotto alla parete della vasca e alle alette del radiatore tramite la convezione dell'olio, quindi dissipato nell'atmosfera attraverso una vasta area di superficie di scambio termico.

4. Stabilità operativa e capacità di sovraccarico

• Costante di tempo termico: A causa dell'elevata massa e dell'alto calore specifico dell'olio, i trasformatori in olio possiedono una significativa "inerzia termica". Durante i carichi di picco a breve termine o i sovraccarichi, l'olio funge da tampone termico, assorbendo il calore istantaneo senza causare un improvviso picco nella temperatura dell'avvolgimento.
• Espandibilità del radiatore: I trasformatori in olio possono espandere facilmente la loro superficie di dissipazione del calore aggiungendo tubi di raffreddamento esterni, radiatori o un raffreddamento ad aria forzato con olio diretto (ODAF). I trasformatori a secco, tuttavia, hanno una flessibilità limitata per l'espansione dell'area di dissipazione del calore a causa dei vincoli di distanza di isolamento in aria e del design strutturale.

Vziman Trasformatore di distribuzione a secco della serie SC(B)

5. Selezione del trasformatore

Scegliere in olio (Esterno / Grande capacità / Carichi pesanti)

• Sottostazioni indipendenti all'aperto o installazione all'aria aperta
• Capacità relativamente grande (tipicamente superiore a 1000 kVA)
• Elevata fluttuazione del carico (fabbriche, miniere, industrie metallurgiche, ecc.)
• Sensibile all'investimento iniziale, alla ricerca di un'elevata convenienza in termini di costi
• Consente l'uso dell'olio come mezzo di raffreddamento

Trasformatore in olio della serie S Vziman – Progettato per condizioni impegnative con una dissipazione del calore superiore e un'eccellente capacità di sovraccarico. Dotato di olio isolante ad alta conducibilità termica e di un efficiente sistema di circolazione dell'olio, controlla con precisione l'aumento della temperatura dell'avvolgimento, prolungando efficacemente la vita utile dell'apparecchiatura. Che si tratti di ambienti industriali ad alta temperatura, alta quota o con forti fluttuazioni di carico, mantiene un'uscita stabile e soddisfa in modo affidabile tutte le sfide.

Scegliere a secco (Interno / Elevati requisiti di sicurezza / Senza manutenzione)

• Installazione interna in aree densamente popolate
• Severi requisiti di protezione antincendio e antiesplosione
• Elevati requisiti ambientali (nessun rischio di perdite d'olio)
• Locali di distribuzione sotterranei (nessuna necessità di vasche di contenimento dell'olio)
• Capacità di manutenzione limitata, che richiede un funzionamento senza manutenzione

Trasformatore a secco della serie SCB Vziman – Adottando materiali isolanti ecologici e tecnologie avanzate di controllo della temperatura, realizza un funzionamento veramente antincendio, antiesplosione e senza inquinamento. Il processo di colata sotto vuoto in resina epossidica ad alta conducibilità termica garantisce un'eccellente resistenza all'umidità, ritardanza di fiamma e capacità di tenuta ai cortocircuiti. Essenzialmente senza manutenzione per tutta la sua vita utile progettata, riduce significativamente i costi operativi e di manutenzione.

6. Conclusione

Un trasformatore immerso in olio è analogo a un computer dotato di un "sistema di raffreddamento a liquido", mentre un trasformatore a secco è più simile a un tradizionale "dissipatore di calore raffreddato ad aria". Sebbene i trasformatori a secco presentino vantaggi in termini di sicurezza antincendio e facilità di manutenzione, i trasformatori immersi in olio vantano un vantaggio assoluto in termini di efficienza di dissipazione del calore e capacità di supportare grandi potenze (specialmente nelle applicazioni ad alta tensione e alta potenza), grazie alle superiori proprietà fisiche dell'olio isolante.
A cura di: Echo