Spazio per la crescita: trasformatori efficienti dal punto di vista energetico per migliorare la redditività commerciale

Le prestazioni di un trasformatore hanno un impatto notevole sul consumo di elettricità e sulle spese di funzionamento e manutenzione dei servizi pubblici, dato il funzionamento costante dell'apparecchiatura durante i suoi 25 anni di vita utile, rendendo ancora più essenziale investire in trasformatori ad alta efficienza energetica. La fattibilità commerciale dei trasformatori ad alta efficienza energetica, unita alla bassa penetrazione nel mercato dei trasformatori ad alta efficienza, significa che esiste un notevole spazio di crescita.

I trasformatori sono dispositivi statici nei sistemi elettrici che trasferiscono l'energia elettrica tra i circuiti attraverso l'induzione elettromagnetica. La loro applicazione consente un notevole risparmio energetico aumentando la tensione e diminuendo la corrente poiché le perdite sono proporzionali alla quantità di corrente che scorre attraverso il filo. Generalmente, l'elettricità passa attraverso quattro o cinque trasformatori mentre viaggia dalla centrale elettrica al cliente.

I trasformatori hanno un'efficienza media di circa il 98,5%, il che li rende alcune delle apparecchiature più efficienti dal punto di vista energetico. Tuttavia, data la loro lunga durata, è meglio investire in trasformatori altamente efficienti per evitare l’accumulo di sostanziali perdite di energia nel complesso. Inoltre, i guasti improvvisi vengono ridotti grazie all'uso di materiali di migliore qualità e ad un design ottimale, oltre ai minori costi di manutenzione. Questi vantaggi si sommano e si bilanciano con l’inevitabile aumento dei costi di acquisto poiché nella produzione di trasformatori ad alta efficienza verranno utilizzati rame aggiuntivo negli avvolgimenti e materiali migliori nel nucleo.

I trasformatori più comuni sono quelli riempiti di liquido con avvolgimenti isolati e raffreddati con un liquido. Questi trasformatori sono spesso utilizzati dalle aziende elettriche e possono essere trovati in tutte le fasi della rete elettrica, dall'incremento della generazione fino alla trasmissione e distribuzione. Di solito sono riempiti con olio minerale, che è infiammabile e potrebbe essere vietato l'uso all'interno degli edifici, ma sono disponibili liquidi resistenti al fuoco. Ad esempio, i trasformatori riempiti con olio estere vengono promossi anche in aree/città affollate per ridurre al minimo gli incidenti dovuti a incendi.

Un altro tipo di trasformatore è il trasformatore a secco, isolato e raffreddato dall'aria che circola attraverso le bobine. Questi trasformatori si trovano in alcune reti di distribuzione e sono generalmente utilizzati da clienti commerciali e industriali, piuttosto che da servizi elettrici. I trasformatori riempiti di liquido tendono ad essere più efficienti dei trasformatori di tipo secco a parità di potenza nominale (kVA). Inoltre tendono ad avere una maggiore capacità di sovraccarico e una maggiore durata.

Tipi di perdite

Perdite a vuoto: includono sia la perdita per isteresi che quella per correnti parassite. Il flusso del nucleo in un trasformatore è praticamente costante per tutti i carichi: una variazione di circa l'1-3% dalle condizioni a vuoto a quelle a pieno carico. Per questo motivo si presume che la perdita del nucleo sia praticamente costante per un dato trasformatore.

Perdita di carico: chiamata anche perdita di rame o perdita di cortocircuito, questa perdita è dovuta a perdite resistive negli avvolgimenti/conduttori e perdite vaganti dovute al flusso di correnti parassite nella struttura in acciaio e negli avvolgimenti. Questa perdita è proporzionale al quadrato della corrente.

Perdita della ventola di raffreddamento: è causata dalla potenza consumata dalle ventole che raffreddano il banco di radiatori/il corpo del trasformatore. Maggiori sono le perdite del trasformatore, maggiore sarà la dimensione del ventilatore. Ciò comporterà maggiori perdite nelle unità di raffreddamento.

Il Bureau of Indian Standards ha acquisito lo standard rivisto IS 1180:2014, "Trasformatori di distribuzione a immersione in olio di tipo esterno fino a 2.500 kVA, 33 kV inclusi - Specifiche Parte 1 immersi in olio minerale". Questo standard estende l'ambito di copertura oltre 200 kVA e fino a 2.500 kVA e 33 kV inclusi. L'uso di materiale a grani orientati laminati a freddo a bassa perdita o di nuove tecnologie come i trasformatori di distribuzione amorfi vengono utilizzati nelle versioni emergenti dei trasformatori per ridurre al minimo la perdita di energia.