Effetti del Sovratensionamento su un Trasformatore
Applicare una tensione superiore al nominale della targhetta di un trasformatore innesca una cascata di effetti dannosi, guidata principalmente da saturazione del nucleo magnetico e perdite eccessive. Anche un modesto sovratensionamento (10–15%) può ridurre drasticamente la durata.
Meccanismi di Danno Primari
| Meccanismo | Fisica | Conseguenza |
|---|---|---|
| Saturazione del Nucleo | B ∝ V/f. Tensione eccessiva spinge la densità di flusso oltre il ginocchio della curva B-H. | Corrente di magnetizzazione alle stelle (10–100× normale), ronzio forte, vibrazioni. |
| Perdite del Nucleo (Isteresi + Correnti Parassite) | Pcore ∝ B1,6–2 × f. Piccolo aumento di V → grande aumento di perdite. | Surriscaldamento rapido; invecchiamento termico dell'isolamento (Arrhenius: 8–10 °C dimezzano la vita). |
| Perdite degli Avvolgimenti (I²R) | Il picco di corrente di magnetizzazione aumenta la perdita I²R primaria. | Riscaldamento aggiuntivo di avvolgimenti e contatti. |
| Stress dell'Isolamento | Tensione maggiore tra spira-spira, strato-strato, avvolgimento-terra. | Scariche parziali → tracciamento → rottura dielettrica → cortocircuito / incendio. |
| Forze Meccaniche | F ∝ I². Corrente di magnetizzazione a livello di cortocircuito esercita enormi forze radiali/assiali. | Deformazione degli avvolgimenti, spostamento dei conduttori, danneggiamento del bloccaggio del nucleo. |
Effetti Dipendenti dal Tempo
- Sovratensionamento Transitorio (fulmine, manovra): Gli arrestatori di sovratensione deviano l'energia; il trasformatore resiste tramite il Livello di Isolamento di Base (BIL). Di solito sopravvive se il BIL è adeguato.
- Sovratensionamento Sostenuto (errore di spira, guasto AVR del generatore, risonanza): Distruttivo entro secondi o minuti. Nessuna protezione se non il relè di sovratensione (59) o il relè V/Hz a monte.
Strategie di Protezione
- Impostazione Spira Corretta: Abbinare le spire primarie alla tensione di sistema effettiva.
- Relè di Sovratensione (59): Scatta l'interruttore a monte al 110–115% di Vnominale con ritardo temporale.
- Relè Volt-per-Hertz (24): Protegge contro sovraeccitazione a frequenza ridotta (avviamento generatore, isola).
- Arrestatori di Sovratensione: Limitano i transienti di fulmine/manovra sotto il BIL.
- DGA Regolare (Analisi Gas Disolto): Rileva gas termici/da guasto da sovratensionamento cronico.
Limiti della Targhetta
I trasformatori di potenza standard (IEEE C57.12.00 / IEC 60076) consentono un funzionamento continuo a ±5% della tensione nominale (se le spire sono impostate correttamente). Alcuni consentono il 105% per tempo limitato. Non superare mai il 110% senza analisi ingegneristica.