I trasformatori industriali sono gli apparecchi che determinano se un impianto funzionerà o meno. Sono anche l'ultimo pezzo di apparecchiatura a cui si pensa fino a quando non si guastano. I trasformatori industriali ricevono la tensione dalla compagnia elettrica e la convertono nella tensione richiesta dai componenti della macchina. Inoltre, i trasformatori determinano la corrente di guasto, lo schema di protezione e gran parte del costo dell'elettricità per i successivi trent'anni.
In breve, un trasformatore industriale riduce e aumenta le tensioni tra il sistema di alimentazione e quello di distribuzione di un impianto. I trasformatori di tensione industriali sono tipicamente classificati a 11 kV o 33 kV fino a 400 V, 480 V o 690 V. I principali tipi di trasformatori sono a immersione in olio, a secco in resina colata e sottostazioni unitarie. Un'unità singola di trasformatore a secco da 1.000 kVA costerà approssimativamente da 18.000 a 45.000 al prezzo ex-works, mentre un'unità a immersione in olio con la stessa potenza nominale sarà circa dal 25% al 40% meno costosa da acquistare ma avrà costi maggiori di installazione.
Ci saranno alcuni principi e regolamenti che non potrai modificare successivamente. I più importanti sono il rapporto di tensione, l'impedenza, il gruppo vettoriale e l'aumento di temperatura. L'ultima sezione riguarda il ruolo di un fornitore di fabbrica e altri casi in cui i fornitori di fabbrica non sono inclusi.
Cos'è un Trasformatore Industriale?
È uno dei dispositivi statici che funzionano senza parti mobili. Questo dispositivo trasferisce energia elettrica da un circuito a un altro utilizzando campi magnetici. Nell'uso industriale, il termine trasformatore industriale si riferisce ai trasformatori utilizzati in fabbriche, centrali elettriche e industrie. Pertanto si differenzia dal trasformatore di trasmissione o dal trasformatore di distribuzione su palo.
La capacità di carico parte da 100 kVA per un centro macchina fino a 20 MVA o più per un trasformatore di sottostazione industriale. La tensione sul lato primario dipende dall'utility fornita o dall'alimentazione interna ad anello. Normalmente è circa 11, 13,8, 20, 22, 33 o 34,5 kV. Sul lato secondario la tensione sarà pari a quella dell'utility che normalmente varia da 400 V per la maggior parte dei paesi, 480 V per gli USA e 690 V per sistemi con motori pesanti.
Il trasformatore industriale si distingue dai trasformatori commerciali in relazione a tre fattori. Innanzitutto, è stato progettato per funzionamento continuo sotto carico simile. In secondo luogo, include carichi armonici che creano specifici requisiti per il design degli avvolgimenti e del neutro. Infine, il trasformatore industriale deve avere il fattore K richiesto per garantire la sua protezione contro le violazioni armoniche.
Come funziona il Trasformatore: 3 funzioni chiave di un trasformatore
Quando il circuito della bobina primaria riceve corrente alternata, la bobina primaria crea un campo magnetico variabile all'interno del nucleo, e a causa di questo campo magnetico viene indotta una tensione sulla bobina secondaria. La bobina primaria e la bobina secondaria hanno un certo numero di spire, che crea un rapporto di tensione specifico nel trasformatore. Per questo motivo è vero che un trasformatore con 1000 spire primarie e 100 spire secondarie ridurrebbe gli 11 kV a 1,1 kV.
Converte tensione e corrente in proporzione inversa. La potenza non può mai essere generata tramite un trasformatore. Quando parliamo di un trasformatore di potenza, con una potenza nominale di 1000 kVA e un ingresso di 11 kV, può assorbire circa 52 Ampere sul lato primario e fornire centinaia di ampere a 400 volt.
Serve per l'isolamento tra i circuiti. Non esiste alcun modo per stabilire una connessione elettrica tra i circuiti. C'è solo il campo tra di essi. Per questo motivo l'impianto elettrico può mettere a terra il neutro secondario in modo indipendente e allo stesso modo può essere utilizzato con un trasformatore di isolamento per sopprimere il rumore ad alta frequenza.
Stabilisce anche la relazione di fase. Il modo di collegare gli avvolgimenti (tipo delta o Y) stabilisce lo sfasamento tra la tensione di ingresso e quella di uscita.
Il calore prodotto nel nucleo è dovuto alla perdita di energia causata dall'inversione del flusso e alle perdite negli avvolgimenti quando viene assorbita corrente. Le suddette perdite sono l'argomento della sezione che discute l'efficienza e sono anche i principali contributori al costo totale di manutenzione dei trasformatori.
I tipi utilizzati nell'industria
Ci sono cinque tipi di trasformatori utilizzati nell'industria, che dipendono dalla condizione in cui il trasformatore è montato e operato.
- Trasformatori immersi in olio hanno l'avvolgimento posto in olio minerale, che circola per convezione rimuovendo così il calore in eccesso attraverso il radiatore. Tuttavia, questo tipo funziona meglio quando la richiesta di tensione supera i 500 kVA per via del basso costo di esercizio e delle migliori caratteristiche termiche. Bisogna però tenere presente che questo tipo di trasformatore non può essere collocato all'interno di un edificio occupato senza un involucro con classificazione antincendio..
- Trasformatori a resina colata hanno l'avvolgimento incapsulato in resina epossidica in modo che non ci sia contenimento di liquidi né rischio di incendio. Questo tipo è utilizzato nei paesi tropicali e subtropicali. Lo svantaggio dei trasformatori in resina è il costo iniziale più elevato e i limiti termici inferiori. Un esempio della serie è un trasformatore a resina colata da 10 kV con nucleo e capacità dell'avvolgimento costruiti in fabbrica utilizzando attrezzature e il suo involucro viene sviluppato al momento dell'ordine.
- Tipo secco ventilato. Gli avvolgimenti sono aperti e raffreddati ad aria. Sono più economici dei trasformatori a resina colata a bassi livelli di potenza; sono molto popolari nelle sale macchine ventilate. Sono suscettibili a polvere e umidità; pertanto, devono essere mantenuti puliti in uno spazio asciutto lontano da qualsiasi area di lavaggio.
- Sottostazione unitaria. Un trasformatore che è fissato direttamente alla sezione per ricevere energia dalla linea a media tensione e dalla sezione di distribuzione a bassa tensione in un'unica unità. Questo è utile per risparmiare cavi e spazio ed è preferibile quando tutti i carichi sono ubicati in un'area e non vi sono problemi di coordinamento nell'installazione.
- Montato su basamento. Questo tipo consiste in un trasformatore ad olio in un'unità chiusa, che si trova a livello del suolo con connessioni separabili e fusibili sul serbatoio, che non richiedono apertura. Utilizzando questo tipo di unità, non è necessario avere un'area recintata. È principalmente utilizzato quando un impianto riceve alimentazione ad alta potenza e necessita di distribuzione esterna.
Tutti e cinque i tipi hanno una caratteristica comune, ovvero la schermatura elettrostatica tra il primario e il secondario, che consente di utilizzare qualsiasi tipo di unità come trasformatore di isolamento, riducendo così l'impatto del rumore ad alta frequenza dovuto agli azionamenti/rettificatori. Il fattore K, generalmente indicato come K-4 o K-13, significa che l'unità è dotata della capacità adeguata per gestire il riscaldamento armonico.
Classificazioni di tensione e applicazioni
Le entità utilizzano le classificazioni di tensione per determinare l'uso di acqua ed elettricità nel vostro impianto. La classificazione di tensione determinerà la capacità elettrica e idrica utile per la vostra struttura prima di ordinare qualsiasi trasformatore per le apparecchiature all'interno della vostra struttura.
| Applicazioni di classificazione | Uso nell'industria | Rapporti tipici |
|---|---|---|
| 11 kV | Anelli di impianti a 11 kV e alimentazione in ingresso utilizzati dalla maggior parte delle utility nel mondo. | 11/0,4 kV, 11/0,415 kV |
| 13,8 kV e 12,47 kV | Uso in ambienti industriali in Nord America. | 13,8/0,48 kV, 13,8/4,16 kV |
| 20 kV e 22 kV | Presi da applicazioni dense in Europa e Cina. | 20/0,4 kV o 22/0,4 kV |
| 33 kV e 35 kV | Sub-trasmissione in grandi fabbriche dove il rapporto di carico di tensione non influenzerà le vostre operazioni. | 33/11 kV o 33/0,4 kV. |
| 66 kV e oltre | Operazioni molto grandi come impianti di generazione captive. | 66/11 kV o 110/33 kV. |
Si può dimostrare che la fabbrica riceve l’energia elettrica di cui ha bisogno a un livello di tensione, distribuisce l’elettricità secondo la sua classe di tensione inferiore, che è al di sotto della classificazione di tensione prelevata dall’utility, e la tensione finale utilizzata per le tensioni che alimentano i carichi.
La corrente scorre in modo simile, ma in senso inverso. Ad esempio, un trasformatore da 2.000 kVA assorbirà circa 105 A a 11 kV e fornirà circa 2.887 A a 400 V dalle barre collettrici di bassa tensione, non dai cavi. Se una specifica indica solo i kVA senza il rapporto di tensione, l’affermazione è incompleta perché non fornisce la potenza in kW necessaria.
Dove le tensioni nominali sono 20 kV o 22 kV, l’unità trasformatrice immersa in olio da 20 kV tende a essere il modello specificato per la maggior parte degli impianti perché questa classificazione copre sia l’alimentazione di rete sia il circuito interno in una singola tensione.
Perdite, Efficienza e Costo Totale di Proprietà
Una volta che un trasformatore è energizzato, indipendentemente dal fatto che la produzione sia in corso o meno, si verificheranno perdite, con la differenza tra le due perdite che indica quale sistema sarà il più conveniente nell’arco di venti anni.
La perdita a vuoto è sempre presente una volta che la prima linea è collegata a piena potenza. È il risultato della magnetizzazione del nucleo e delle correnti parassite che scorrono attraverso le lamierine e rimarrà invariata rispetto ai livelli di carico. Perdita a carico D’altra parte, la perdita a carico si verifica a causa della resistenza negli avvolgimenti e aumenta con il quadrato della corrente. Ad esempio, il funzionamento di un’unità a solo il 25% del carico sarà determinato dalla perdita a vuoto, mentre un’unità che opera a piena capacità sarà guidata dalla perdita a carico.
La conoscenza di questi principi ha implicazioni pratiche per la struttura dei prezzi. Quando un impianto funziona appena sopra la perdita a vuoto, dovrebbe essere specificata una configurazione a bassa perdita a vuoto anche se a un prezzo più elevato. D’altra parte, a piena capacità sarà necessaria una configurazione a bassa perdita a carico caratterizzata da un maggiore contenuto di rame.
Ad esempio, un’unità con una capacità di circa 1.000 kVA consuma circa 1,2% e 1,8% della sua capacità in perdite a vuoto, pari rispettivamente a 105.000 kWh e 158.000 kWh in un anno basato su 8.760 ore di funzionamento. Se un consumatore industriale paga i kVA alla tariffa reale, l’acquirente avrà un periodo di ammortamento di circa quattro-sette anni nonostante paghi un prezzo premium dal 10% al 15% per i suoi progetti che consentono una riduzione del 20% nelle perdite a vuoto. Questa è la ragione per cui le utility e i grandi consumatori dispongono di formule di valutazione delle perdite, mentre i piccoli consumatori sostengono costi maggiori per le loro unità senza considerare le perdite a vuoto.
Applicazioni Industriali
L’applicazione fornisce informazioni su tipi, involucri e impedenze per sei settori di mercato.
| Settore | Struttura regolare | Giustificazione |
|---|---|---|
| Produzione e assemblaggio | Trasformatori 11/0,4 kV, isolati in resina per uso interno | Diverse posizioni per diversi centri di carico nell’impianto. Carico di incendio da considerare. |
| Acciaio, cemento ed estrazione di minerali | 33/11 kV e 11/0,69 kV, immersi in olio all’esterno | Carico motore elevato, alto livello di guasto e ambiente polveroso. |
| Centri dati | Unità multiple di trasformatori isolati in resina in parallelo, N+1 | Ridondanza, bassi carichi di incendio e adattamento di impedenza. |
| Petrolio, gas e petrolchimico | Immersi in olio con sicurezza migliorata; un fattore k dove predominano gli azionamenti | Classificazione delle aree pericolose e carico armonico. |
| Acqua e fognature | Trasformatori a olio montati su basamento, 11/0,4 kV | Per impianti esterni con carichi di pompaggio periodici e per manutenzione a distanza. |
| Generazione di energia rinnovabile e/o autonoma | Trasformatori elevatori 0,69/33 kV o 11/33 kV; assemblaggio della generazione. |
Vi è una chiara tendenza all’uso di trasformatori isolati a secco in caso di installazione interna, mentre gli impianti esterni generalmente utilizzano trasformatori isolati ad olio per motivi di costo. Eccezione è un’installazione con elevato carico armonico che richiede l’uso di trasformatori con fattore k.
In un’installazione che richiede la fornitura del sistema completo di distribuzione in media tensione piuttosto che un solo trasformatore, la conversazione inizierà dal sistema di distribuzione di energia in media tensione. Sarà molto probabilmente nel contesto di un nuovo impianto, poiché le interfacce tra trasformatori, quadri e relè diventano il fulcro delle problematiche di messa in servizio.
Qual è il prezzo di un trasformatore industriale?
I prezzi forniti qui sono prezzi ex works per l’anno 2026 e sono influenzati dal tipo di conduttore, impedenza, involucro e regimi di prova. Le differenze di prezzo tra diversi produttori tendono a riflettere le variazioni che si verificano tra le loro offerte per le stesse specifiche. In generale, i produttori occidentali applicano un prezzo dal 30 al 50 percento superiore rispetto ai produttori asiatici.
Le specifiche del trasformatore influenzeranno il prezzo nei seguenti modi:
| Specifiche del trasformatore | Fascia di prezzo |
|---|---|
| Trasformatore in resina colata 500 kVA, 11/0,4 kV | $12,000 to $22,000 |
| Trasformatore in resina colata 1000 kVA, 11/0,4 kV | $18,000 to $45,000 |
| Trasformatore ad olio 1000 kVA, 33/0,4 kV | $14,000 to $30,000 |
| Trasformatore ad olio o in resina colata 2500 kVA | $45,000 to $95,000 |
| Trasformatore ad olio 5000 kVA, 33/11 kV | $90,000 to $180,000 |
I componenti di installazione sorprendono gli acquirenti. Quando si sommano i costi delle terminazioni dei cavi in media tensione, dei relè di protezione, dei trasformatori di corrente, dei sistemi di protezione dai fulmini, dei sistemi di messa a terra e dei servizi di costruzione, si può aggiungere dal 40 all’80 percento al prezzo degli altri apparecchi elettrici acquistati.
Ci sono due elementi che dovrebbero essere quotati durante la fase di proposta. Il primo componente è il tipo di regolatore di tensione utilizzato. Un regolatore di tensione fuori circuito è incluso in tutte le unità standard, ma un regolatore di tensione sotto carico comporterà un costo aggiuntivo che varia tra il 15 e il 30 percento del costo del generatore. Il secondo elemento è la procedura di prova eseguita sul trasformatore. Un programma completo di prove di tipo condotto sul nuovo trasformatore costerà più delle prove di routine che verrebbero eseguite sulle unità successive prodotte.
Produttori Specificati
A causa di considerazioni logistiche per il trasporto di un’unità da tre tonnellate, il mercato è limitato a livello regionale, e i produttori elencati di seguito riflettono tale limitazione.
Gruppo SGB-SMIT vanta il titolo di essere il più grande gruppo indipendente di trasformatori in Europa. Ha stabilimenti produttivi in Germania, Paesi Bassi, Repubblica Ceca, India e Stati Uniti e produce prodotti che vanno da piccole unità di distribuzione a grandi trasformatori di potenza. È forte perché può fornire una lista molto lunga di combinazioni di tensione.
Ormazabal della Spagna offre la rete di media tensione come un pacchetto che include apparecchiature di commutazione, trasformatori e sottostazioni che lavorano in sinergia quando installati insieme. Questa integrazione rende la loro proposta interessante per i proprietari di impianti che desiderano un unico punto di contatto per l’intera installazione.
Hammond Power Solutions è lo specialista nordamericano dei trasformatori a secco il cui specifiche di progettazione pubblicate e la rete di distribuzione consentono di procurare unità in resina colata da catalogo anziché essere progettate su misura per un progetto specifico.
Hitachi Energy e Siemens Energy forniscono la fascia alta del mercato e il settore delle utility con strutture di prova di tipo e organizzazioni di servizio che lo supportano. Per apparecchiature a 132 kV, rappresentano un fornitore di livello superiore; lavorano anche per trasformatori di distribuzione fino a 1000 kVA.
I produttori cinesi sono responsabili di oltre la metà del mercato globale di produzione di trasformatori oggi, e per il 2025 è stato registrato un export di circa ¥64,6 miliardi, rappresentando una crescita massiccia del 36% rispetto all’anno precedente. Le aziende rinomate possiedono certificati di prova di tipo IEC e, quando applicabile, certificazioni UL o CSA e lettere di referenza all’interno del paese di destinazione.
Quando scegliere: una tabella di selezione secondo la specifica
| Se ti trovi in questa posizione | Il tipo di trasformatore necessario | La fascia di prezzo |
|---|---|---|
| Trasformatore situato all’interno di uno stabilimento produttivo, considerazioni sul carico di incendio | resina colata, tipo a secco, IP31 a IP54 | $18.000 a $45.000 per 1.000 kVA |
| Trasformatore installato all’esterno, potenza superiore a 1.000 kVA – | Immerso in olio, montato su basamento | Dal 25 al 40 percento in meno rispetto al tipo a secco |
| Nuovo impianto e carico concentrato e si desidera una sola consegna | Sottostazione unitaria con applicazione MT e distribuzione BT | Dal 30 al 60 percento in più rispetto a un trasformatore nudo |
| Carico pesante con distorsione superiore al 15 percento | Trasformatore di isolamento schermato o classificato K-13 | Dal 10 al 25 percento in più |
| Data center con ridondanza N+1 | Diversi trasformatori in resina colata con impedenza abbinata | Minimo di due trasformatori con un'impedenza entro il 10 percento |
| Grande gruppo motori a 690 V | Trasformatore immerso in olio 11kV/0,69kV con alta impedenza | il prezzo supera i 2.500 kVA |
È meglio leggere questo grafico iniziando prima con le installazioni che necessitano di specifica, poi passare alla potenza nominale, perché la decisione sul tipo di trasformatore è generalmente presa in base all'installazione e non al carico. La discussione su trasformatore di potenza rispetto a trasformatore di distribuzione mostra i diversi motivi per cui queste unità sono dimensionate e quotate diversamente, il che diventa essenziale quando un impianto deve decidere se acquistare un'unità grande o numerose unità più piccole.
Di gran lunga, l'errore di specifica principale con i trasformatori in questa categoria è dimensionare in base alla somma delle targhette collegate anziché a un carico diversificato. I trasformatori cablati in questo modo funzioneranno al 30 percento di carico costantemente sprecando perdite a vuoto ogni ora. Per questo motivo, la scelta corretta dovrebbe solitamente essere una taglia inferiore e un piano per un altro trasformatore quando il carico aumenta.
Where SUBIAN Fits
Produciamo trasformatori di distribuzione e di potenza che vanno da 10kVA a circa 20MVA, con la maggior parte nella gamma da 30kVA a 2.500kVA a 10, 20, 33 e 35kV, e con tipi sia immersi in olio che in resina colata. I clienti finali utilizzano i nostri trasformatori come EPC contractor, distributore o impianto che richiede un prodotto standard.
Ai fini della discussione sui nostri prodotti, la nostra produzione in questo settore è l'estremità interna di quello spettro in resina colata e il lavoro esterno in prodotti immersi in olio; disponiamo di design standard di nucleo e bobina a magazzino; tuttavia, l'involucro, la classe di protezione IP, l'aumento di temperatura e il gruppo vettoriale sono basati sulle specifiche del cliente. I trasformatori immersi in olio includeranno unità montate su basamento e per esterno per valori superiori a 500 kVA.
Ci sono tre motivi specifici per cui gli acquirenti saranno inclini a lavorare con noi:
- forniremo sempre preventivi secondo uno schema unifilare, che indicherà il gruppo vettoriale, la gamma di prese e l'impedenza.
- Forniremo il rapporto di prova di routine prima della spedizione, che include tutte le informazioni, comprese le perdite a vuoto e a carico
- informeremo immediatamente i clienti quando il progetto è fuori dal nostro ambito (ad esempio, oltre 35kV).
Per un progetto che richiede trasformatori, apparecchiature di commutazione e protezione insieme in un unico sistema, la gamma di trasformatori di distribuzione e sottostazioni può soddisfare la vostra richiesta, che di solito è molto più economico rispetto all'acquisto di una sottostazione di impianto, poiché sarà compito di un unico fornitore risolvere le interfacce, non di tre.
FAQ
Cosa fa un trasformatore industriale?
Il trasformatore industriale solitamente comporta la trasformazione della tensione tra l’alimentazione e il sistema di distribuzione dell’impianto, isolati magneticamente. Un tipico trasformatore industriale prende 11 kV o 33 kV dall’utility o dall’anello principale dell’impianto e fornisce 400 V, 480 V o 690 V al sistema di distribuzione elettrica dell’impianto industriale. Il trasformatore industriale determina anche la quantità di corrente di guasto disponibile in uscita, definisce la relazione di fase tra primario e secondario e identifica la configurazione di messa a terra per il sistema a bassa tensione.
Quanto costa il trasformatore industriale?
Ad esempio, il costo di un'unità da 500 kVA in resina colata può variare da $12.000 a $22.000 ex works, mentre un'unità da 1.000 kVA può costare tra $18.000 e $45.000 e un'unità da 2.500 kVA rientrerà nella fascia $45.000 – $95.000. D'altra parte, un'unità immersa in olio per la stessa potenza può costare dal 25 al 40 percento in meno all'acquisto. L'installazione comporta un'aggiunta di spesa dal 40 all'80 percento nel caso di un progetto con unità singola, e più di questo nel caso di un nuovo edificio di sottostazione o installazione di cavi in media tensione.
Quali sono i principali tipi di trasformatori utilizzati nell'industria?
I principali tipi di trasformatori impiegati nell'industria sono immersi in olio, a secco in resina colata e unità di sottostazione.
La prima categoria riguarda i servizi esterni e di sottostazione sopra i 500 kVA; la seconda si riferisce alle installazioni interne dove il carico di incendio diventa significativo; mentre la terza categoria riguarda installazioni che comprendono l'assemblaggio del trasformatore insieme alla trasmissione di MT dalle linee di alimentazione in ingresso seguita dalla distribuzione di BT. Le prime due categorie prevedono anche due tipi di trasformatori noti come pad-mounted e ventilati.
Quali sono i tipi di trasformatori?
In base alla tensione, esistono quattro tipi di trasformatori, ovvero trasformatore elevatore, trasformatore riduttore, trasformatore di isolamento e autotrasformatore. Un trasformatore elevatore viene utilizzato per aumentare la tensione per la trasmissione elettrica; un trasformatore riduttore viene utilizzato per diminuire la tensione per la distribuzione; un trasformatore di isolamento trasmette un rapporto 1:1 tra circuiti separandoli; mentre l'autotrasformatore ha un solo avvolgimento con connessione presa. Esistono quattro tipi di trasformatori basati sui materiali come trasformatore immerso in olio, trasformatori a secco, trasformatori isolati a gas e trasformatori in resina colata. Nell'uso di trasformatori industriali, si deve tenere presente che la seconda classificazione influisce principalmente sul processo di installazione.
Riferimento
- Gruppo SGB-SMIT - Trasformatori di Potenza e Distribuzione
- Hammond Power Solutions - Dati di Progetto per Trasformatori a Secco
- Ormazabal - Reti MT e Sottostazioni
- US Energy Information Administration - Today in Energy
- Hitachi Energy - Trasformatori e Apparecchiature di Rete
Conclusione
I trasformatori industriali sono selezionati in base a quattro parametri che non possono essere modificati una volta che il trasformatore è stato prodotto. Essi sono il rapporto di tensione, l'impedenza, il gruppo vettoriale e l'aumento di temperatura. La categoria è determinata dalla posizione del trasformatore e il prezzo dipende dalla categoria degli articoli e dal regime di prova applicato all'apparecchiatura.