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PREVENZIONE E PROTEZIONE OsservatorioCEIArticolo l le utilities prestano maggiore attenzione al problema della riduzione delle perdite nei trasformatori di quanto non avvenga a livello industriale. In ogni caso, a causa dell’alto fattore di carico dei trasformatori di distribuzione delle aziende elettrocommerciali, l’efficienza globale risulta del tutto simile a quella dei trasformatori utilizzati a livello industriale. Inoltre, molto spesso le utilities mantengono una certa capacità di riserva per far fronte ai picchi di carico, magari in situazioni di emergenza. Per questi motivi i trasformatori di distribuzione lavorano spesso in condizioni di efficienza minore di quella massima; l in generale, le macchine di maggiore potenza hanno perdite, in termini percentuali, minori. Questo vale in generale per le perdite dovute al carico; l la qualità del parco trasformatori, in generale, non è attualmente particolarmente elevata, a causa della presenza di molti trasformatori vecchi (la vita media di un trasformatore di distribuzione può variare tra i 10 e i 35 anni). Una statistica interessante mostra, a conferma di questo, come a livello europeo il carico medio dei trasformatori di proprietà delle utilities sia attorno al 19% della potenza nominale, mentre per quanto riguarda i trasformatori in servizio negli impianti industriali il carico medio si attesta su un 38% della potenza nominale installata. Appare evidente, quindi, come sia assolutamente necessaria la presenza di politiche di gestione corretta dell’efficienza energetica dei trasformatori. Non esistono, però, al momento, normative obbligatorie o altre di- ILSOLE24ORE 32 sposizioni in materia, anche se l’importanza di una strategia continentale comune sui trasformatori di distribuzione ad alta efficienza può essere evidenziata attraverso un solo dato, considerate le perdite evidenziate è possibile individuare un’opportunità di riduzione delle emissioni di CO 2 annuali pari ad almeno 9 milioni di tonnellate all’anno. Un miglioramento dell’efficienza del parco trasformatori, oltre ai benefici di carattere ambientale, porterebbe soprattutto un vantaggio economico nel medio-lungo periodo per gli utilizzatori. Dal punto di vista normativo, grazie alle novità introdotte dalla nuova norma CEI EN 50464-1 in merito alle classi che stabiliscono i limiti delle perdite, sono stati compiuti alcuni passi fondamentali verso una strategia globale di miglioramento dell’efficienza energica dei trasformatori e, in particolare, verso la standardizzazione, almeno a livello europeo, dei trasformatori ad alta efficienza. Chiaramente, vista l’importanza e le evidenti opportunità di risparmio energetico e di sostegno ambientale, è quanto mai necessario un deciso sostegno della Comunità europea per finanziare tutte le attività di sviluppo di questo nuovo standard. LE PERDITE NEI TRASFORMATORI Le perdite di un trasformatore di potenza sono di due tipi: l perdite a vuoto; l perdite dovute al carico. Le perdite a vuoto sono dovute principalmente alle perdite nel circuito magnetico del trasformatore e sono proporzionali al quadrato della tensione. Questo tipo di perdite dipende principalmente dalle modalità costruttive del nucleo magnetico, in pratica dal tipo di materiale usato, ovvero dalla sua qualità intrinseca e dal tipo di montaggio dello stesso, e dalle condizioni di lavoro, ovvero dall’induzione, cioè dal livello di tensione di funzionamento e dalla frequenza. Le perdite a vuoto si possono considerare costanti in quanto: l sono indipendenti dalle condizioni di funzionamento, cioè dalla potenza del carico alla quale la macchina è sottoposta; l la tensione è mantenuta, per ragioni di servizio, costante. Le perdite dovute al carico sono dovute principalmente alle perdite negli avvolgimenti e sono proporzionali al quadrato della corrente o, equivalentemente, al quadrato della potenza apparente del carico. Si tratta, in sostanza, delle perdite per effetto Joule, anche se esistono altre perdite che in prima approssimazione possono essere trascurate. Le perdite dovute al carico dipendono fortemente, quindi, dalle condizioni di funzionamento (potenza del carico). Le perdite totali sono definite, infine, come la somma delle perdite a vuoto e a carico. Negli ultimi anni si sono osservati sensibili miglioramenti dal punto di vista della riduzione delle perdite a vuoto, grazie al miglioramento della tecnologia costruttiva delle macchine. Queste perdite, comunque, costituiscono ancora all’incirca i due terzi delle perdite totali dei trasformatori di distribuzione, anche se nel passato tale percentuale raggiungeva anche l’80% delle perdite totali. Al contrario, negli ultimi cinque anni è stato osservato un significativo incremento delle perdite dovute al carico. www.ambientesicurezza.ilsole24ore.com 7luglio2009N.13
Tabella 2 Una possibile chiave di lettura potrebbe essere che gli utenti prestano maggiore attenzione alle perdite a vuoto accettando valori di perdite dovute a carichi maggiori per mantenere stabili i costi di investimento nel trasformatore. In linea generale esistono, infatti, due modi per scegliere un trasformatore energeticamente più efficiente: l il primo è quello di scegliere, a parità di potenza nominale, una macchina con perdite totali minori; l il secondo è quello di dimensionare il trasformatore in modo tale che il punto di funzionamento corrisponda con quello caratterizzato dalla massima efficienza. Quest’ultimo criterio comporta, sostanzialmente, la scelta di una macchina sovradimensionata rispetto al carico che deve alimentare; in pratica, seguendo questo approccio si dovrebbe scegliere un trasformatore di potenza nominale pari a 400 kVA per alimentare un carico pari a 200 kVA. EVOLUZIONE NORMATIVA I valori delle perdite a vuoto e delle perdite dovute al carico sono stati standardizzati dal CENELEC nel 1992 in due documenti di armoniz- PREVENZIONE E PROTEZIONE OsservatorioCEIArticolo Valori delle perdite a carico (P K) fissate per i trasformatori in olio MT/BT dalla Norma CEI EN 50464-1 Potenza nominale (kVA) Perdite dovute al carico (W) D k C k B k A k 50 1.350 1.100 875 750 100 2.150 1.750 1.475 1.250 160 3.100 2.350 2.000 1.700 250 4.200 3.250 2.750 2.350 315 5.000 3.900 3.250 2.800 400 6.000 4.600 3.850 3.250 500 7.200 5.500 4.600 3.900 630 8.400 6.500 5.400 4.600 630 8.700 6.750 5.600 4.800 800 10.500 8.400 7.000 6.000 1.000 13.000 10.500 9.000 7.600 1.250 16.000 13.500 11.000 9.500 1.600 20.000 17.000 14.000 12.000 2.000 26.000 21000 18.000 15.000 2.500 32.000 26.500 22.000 18.500 Vcc (%) zazione (HD 428 e HD 538; si vedano le tabelle 1 e 2). In particolare, per quanto riguarda i trasformatori in olio, sono state definite tre classi di perdite, sia per le perdite a vuoto sia per quelle dovute al carico. Da una classe all'altra le perdite a vuoto diminuiscono del 20% circa, mentre le perdite dovute al carico diminuiscono del 25% o del 15%. La scelta di questi valori è stata determinata sulla base dello stato dell'arte della pratica costruttiva europea dell'inizio degli anni novanta. A livello italiano il CEI ha recepito i limiti del documento di armonizzazione CENELEC con scostamenti di 7luglio2009N.13 www.ambientesicurezza.ilsole24ore.com 33 ILSOLE24ORE 4 6
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