{"id":363,"date":"2026-08-22T02:34:07","date_gmt":"2026-08-21T18:34:07","guid":{"rendered":"https:\/\/q8bbzjnpm5.wpdns.site\/?p=363"},"modified":"2026-08-29T23:43:42","modified_gmt":"2026-08-29T15:43:42","slug":"classification-of-power-transformers-and-their-unique-roles-in-the-power-grid","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/subian-electric.com\/it\/news\/classification-of-power-transformers-and-their-unique-roles-in-the-power-grid\/","title":{"rendered":"Classificazione dei Trasformatori di Potenza e dei Loro Ruoli Unici nella Rete Elettrica"},"content":{"rendered":"

Quando l'ingegnere della sottostazione esamina il documento per una gara riguardante l'aggiornamento della trasmissione a 132 kV, uno dei primi fogli di specifiche che viene normalmente esaminato \u00e8 di solito la tabella di classificazione dei trasformatori di potenza, poich\u00e9 una scelta errata pu\u00f2 costare fino a centinaia di migliaia e causare mesi di ritardo nel processo di messa in servizio. Ciascun tipo di classificazione dei trasformatori di potenza \u00e8 creato per affrontare un problema particolare in termini di tensione, carico e affidabilit\u00e0, indipendentemente dal fatto che si tratti di un'unit\u00e0 di distribuzione da 10 MVA che opera in un blocco di fabbriche o di un trasformatore elevatore da 400 MVA installato in una centrale elettrica a carbone.<\/p>\n

L'articolo fornito descrive tutti i possibili metodi per classificare i trasformatori di potenza, che potrebbero essere per funzione di potenza, per livello di tensione, per configurazione dell'avvolgimento, per tipo di raffreddamento e per tipo di materiale isolante, ecc.<\/p>\n

In breve, i trasformatori di potenza possono essere categorizzati in base alla loro funzione, come trasformatore elevatore, trasformatore abbassatore, trasformatore di distribuzione, trasformatore di isolamento e autotrasformatore; in base alla loro classe di tensione, come trasformatore generatore, trasformatore di trasmissione e trasformatore di distribuzione; in base alla loro configurazione dell'avvolgimento, come trasformatore monofase vs trasformatore trifase, trasformatore a due avvolgimenti vs trasformatore a tre avvolgimenti; in base al loro approccio di raffreddamento, come trasformatore ONAN, trasformatore ONAF, trasformatore OFAF e trasformatore ODAF e in base al loro metodo di isolamento, come trasformatore immerso in olio e trasformatore di tipo secco.<\/p><\/blockquote>\n

\"Classificazione<\/p>\n

\n

Che cos'\u00e8 un trasformatore di potenza? (Definizione e funzione principale)<\/h2>\n

Un trasformatore di potenza \u00e8 uno strumento elettromagnetico statico che trasmette energia elettrica attraverso due o pi\u00f9 circuiti tramite il processo di induzione elettromagnetica con una modifica dei livelli di tensione mantenendo costante la frequenza e la potenza apparente (con eventuali perdite). Mentre i trasformatori di distribuzione svolgono principalmente la caduta finale di tensione per il consumo, i trasformatori di potenza si trovano in sottostazioni, centrali di generazione e grandi industrie con potenze superiori a 200 kVA e sono in grado di elaborare tensioni a partire da 3,3 kV fino alla classe di 1.150 kV.<\/p>\n

Un trasformatore di potenza pu\u00f2 essere caratterizzato da tre valori: la potenza apparente nominale in kVA o MVA, il rapporto di tensione nominale e l'impedenza in caso di cortocircuito (che \u00e8 solitamente compresa tra 5% e 15% secondo la norma internazionale IEC 60076-5). L'efficienza di un trasformatore alla massima capacit\u00e0 operativa \u00e8 solitamente compresa tra 98% e 99.7%. Ecco perch\u00e9 le utility sono disposte a spendere grandi somme per progetti a bassa perdita con nucleo amorfo, cos\u00ec come per acciaio al silicio orientato a grano di alta qualit\u00e0 per minimizzare le perdite a vuoto.<\/p>\n

Come funziona un trasformatore di potenza: il principio elettromagnetico<\/h2>\n

Il principio operativo fondamentale si basa sulla legge di induzione elettromagnetica di Faraday. La corrente alternata nel avvolgimento primario produce un flusso magnetico variabile nel nucleo in acciaio al silicio, collegando l'avvolgimento secondario e inducendo una forza elettromotrice (emf) proporzionale al numero di spire secondo la formula classica:<\/p>\n

Vprimario \/ Vsecondario = Nprimario \/ Nsecondario (questo \u00e8 noto come il rapporto di spire), in modo che Iprimario \u00d7 Vprimario \u2248 Isecondario \u00d7 Vsecondario se altre condizioni sono ideali.<\/p>\n

Un trasformatore che opera in modalit\u00e0 elevatrice ha pi\u00f9 spire nell'avvolgimento secondario rispetto al primario. Un trasformatore che opera in modalit\u00e0 riduttrice ha pi\u00f9 spire nella bobina primaria. Tuttavia, i trasformatori di potenza reali operano con perdite di circa 0.3% a 2%, dovute alle perdite di rame (perdite I\u00b2R nei fili di rame) e alle perdite di ferro (dovute all'isteresi e alle correnti parassite). Di conseguenza, le caratteristiche tecniche di qualsiasi trasformatore menzionano il livello di efficienza, sia esso 50%, 75% o 100%.<\/p>\n

Classificazione per Funzione: Elevatore, Riduttore, Distribuzione, Auto<\/h2>\n

La funzione \u00e8 il mezzo pi\u00f9 pragmatico per classificare i trasformatori di potenza poich\u00e9 indica la posizione dell'unit\u00e0 nel trasferimento di energia. La tabella che segue riassume quattro diverse famiglie funzionali di trasformatori comunemente utilizzati dagli ingegneri nella rete.<\/p>\n\n\n\n\n\n\n\n
Classificazione Funzionale dei Trasformatori di Potenza<\/caption>\n
Funzione<\/th>\nVariazione di Tensione Tipica<\/th>\nValutazione tipica<\/th>\nDove si Trova<\/th>\n<\/tr>\n
Trasformatore elevatore di generatore (GSU)<\/td>\n11\u201327 kV \u2192 110\u2013765 kV<\/td>\n100\u20131.200 MVA<\/td>\nCentrali elettriche, parchi eolici e solari<\/td>\n<\/tr>\n
Trasformatore riduttore di trasmissione<\/td>\n220\u2013765 kV \u2192 66\u2013132 kV<\/td>\n50\u2013400 MVA<\/td>\nSottostazioni HV<\/td>\n<\/tr>\n
Sottotrasmissione \/ distribuzione<\/td>\n33\u2013132 kV \u2192 6.6\u201335 kV<\/td>\n1\u201320 MVA<\/td>\nSottostazioni primarie, alimentatori industriali<\/td>\n<\/tr>\n
Autotrasformatore<\/td>\nad es. 220 kV \u2192 110 kV<\/td>\n100\u20131.000 MVA<\/td>\nInterconnessione tra livelli di rete<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Il trasformatore GSU (Generator Step Up) si trova all'estremit\u00e0 del generatore dello spettro, rendendolo il pezzo di equipaggiamento pi\u00f9 prezioso all'interno di una centrale elettrica. Infatti, un trasformatore GSU da 600 MVA in una centrale termica pu\u00f2 avere un prezzo compreso tra $800.000 e $2,5 milioni. Sebbene gli autotrasformatori tendano ad essere pi\u00f9 piccoli e meno costosi rispetto al tradizionale trasformatore a due avvolgimenti, \u00e8 possibile poich\u00e9 parte del loro avvolgimento \u00e8 condiviso. Di conseguenza, le aziende di servizi pubblici di interconnessione sceglierebbero di utilizzare autotrasformatori, specialmente per applicazioni a bassa tensione come 220\/110 kV o 400\/220 kV.<\/p>\n

\"Classificazione<\/p>\n

Classificazione per Livello di Tensione nella Rete<\/h2>\n

La classe di tensione influisce sul design dell'isolamento e nel design delle attrezzature energetiche, comprese le tecniche di isolamento. Il prezzo delle attrezzature energetiche \u00e8 influenzato dalla classe di tensione. Entrambi gli standard IEC 60076-1 e IEEE C57.12.00 determinano le tecniche di isolamento.<\/p>\n\n\n\n\n\n\n\n
Classi di Tensione dei Trasformatori di Potenza<\/caption>\n
Livello di Rete<\/th>\nTensione Nominale<\/th>\nBIL (Resistenza all'Impulso di Fulmine)<\/th>\nRuolo Tipico<\/th>\n<\/tr>\n
Tensione del generatore<\/td>\n3\u201333 kV<\/td>\n40\u2013200 kV<\/td>\nLato di ingresso GSU, forniture ausiliarie<\/td>\n<\/tr>\n
Alta tensione (MV)<\/td>\n6\u201335 kV<\/td>\n75\u2013250 kV<\/td>\nSottostazioni di distribuzione, industriali<\/td>\n<\/tr>\n
Alta tensione (HV)<\/td>\n66\u2013220 kV<\/td>\n325\u2013950 kV<\/td>\nTrasmissione regionale<\/td>\n<\/tr>\n
Extra alta tensione (EHV)<\/td>\n330\u2013765 kV<\/td>\n175\u20131.950 kV<\/td>\nSpine nazionali di trasmissione<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Circa 70% di tutti i trasformatori installati a livello globale sono nella fase di distribuzione, ma rappresentano solo circa 30% del costo. Un'unit\u00e0 ad alta tensione con un sistema elettrico da 500 kV e un valore BIL di 1,550 soddisfa i requisiti per un'isolamento spesso, ampie zone neutre e procedure di test speciali (test di scarica parziale e test di impulso secondo IEC 60076-3), quindi l'installazione di un trasformatore potente pu\u00f2 richiedere una spesa di $1.5\u2013$3 milioni.<\/p>\n

Classificazione per Fase e Configurazione degli Avvolgimenti<\/h2>\n

I trasformatori di potenza possono essere classificati in base alla loro costruzione in trasformatori monofase o trifase. Questo si basa non solo sui loro tipi ma anche sul numero dei loro avvolgimenti, cio\u00e8 come trasformatori a due avvolgimenti, trasformatori a tre avvolgimenti o trasformatori auto-configurati. I trasformatori monofase sono ampiamente accettati poich\u00e9 sono pi\u00f9 economici e pi\u00f9 facili da trasportare, il che \u00e8 particolarmente utile quando si tratta delle pi\u00f9 alte classificazioni EHV (ad es. la formazione di una banca da 3\u00d7333 MVA composta da tre trasformatori monofase che operano a 500 kV), mentre per varianti da 300 MVA o pi\u00f9 piccole i trasformatori trifase sarebbero pi\u00f9 adatti grazie al loro vantaggio rispetto alle varianti monofase in termini di perdite, soluzioni economiche ed efficienza.<\/p>\n

I trasformatori a tre avvolgimenti sono dotati di un avvolgimento terziario e possono quindi essere utilizzati non solo per carichi elettrici standard ma anche per filtri armonici e per derivare la terza tensione (ad es. 220\/110\/35 kV). Il gruppo vettoriale pu\u00f2 essere definito con l'aiuto di designazioni speciali, come Dyn11, YNyn0, YNd11 ecc., che mostrano la configurazione del trasformatore e il punto della tensione.<\/p>\n

Classificazione per Metodo di Raffreddamento (IEC 60076-2)<\/h2>\n

Il sistema di raffreddamento \u00e8 ci\u00f2 che determina la massima quantit\u00e0 di energia elettrica che un trasformatore \u00e8 in grado di gestire in modo sicuro. L'acronimo utilizzato in conformit\u00e0 con IEC 60076-2 si riferisce al tipo di mezzo di raffreddamento e al metodo della sua circolazione.<\/p>\n\n\n\n\n\n\n\n
Classificazioni dei Metodi di Raffreddamento (IEC 60076-2)<\/caption>\n
Codice di Raffreddamento<\/th>\nSignificato<\/th>\nValutazione tipica<\/th>\nCapacit\u00e0 di Carico vs. ONAN<\/th>\n<\/tr>\n
ONAN<\/td>\nOlio naturale, aria naturale<\/td>\n50 kVA\u201360 MVA<\/td>\nLinea di base (100%)<\/td>\n<\/tr>\n
ONAF<\/td>\nOlio naturale, aria forzata (ventilatori)<\/td>\n1\u2013150 MVA<\/td>\n\u2248120\u2013135%<\/td>\n<\/tr>\n
OFAF<\/td>\nOlio forzato, aria forzata<\/td>\n10\u2013300 MVA<\/td>\n\u2248140\u2013160%<\/td>\n<\/tr>\n
ODAF<\/td>\nOlio diretto, aria forzata<\/td>\n100\u20131.200 MVA<\/td>\n\u2248150\u2013170%<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Un trasformatore progettato per operare in due modalit\u00e0 di raffreddamento, ONAN e ONAF, significa che un'azienda di servizi pubblici pu\u00f2 farlo funzionare in condizioni normali in modalit\u00e0 di raffreddamento naturale mentre utilizza ventilatori in caso di sovraccarichi improvvisi. Un trasformatore con una capacit\u00e0 di 40 MVA, che indica il suo rapporto come \u201c40\/56 MVA ONAN\/ONAF\u201d \u00e8 un esempio valido. I componenti necessari come ventilatori o pompe per olio non sono semplici da mantenere, quindi le sottostazioni pi\u00f9 piccole preferiscono solo progetti ONAN.<\/p>\n

Trasformatori di Potenza Immersi in Olio vs. di Tipo Secco<\/h2>\n

Il mezzo isolante separa il mercato in due categorie distinte, con differenze sia nei prezzi, nella sicurezza e nell'uso.<\/p>\n\n\n\n\n\n\n\n\n
Trasformatori Immersi in Olio vs. di Tipo Secco<\/caption>\n
Parametro<\/th>\nImmerso nell'Olio<\/th>\nTipo Secco (Resina Fusa \/ VPI)<\/th>\n<\/tr>\n
Mezzo isolante<\/td>\nOlio minerale o estere<\/td>\nResina epossidica \/ aria<\/td>\n<\/tr>\n
Valutazione tipica<\/td>\n50 kVA\u20131.200 MVA<\/td>\n100 VA\u201340 MVA<\/td>\n<\/tr>\n
Prezzo (classe 1 MVA)<\/td>\n$18.000\u2013$45.000<\/td>\n$28.000\u2013$70.000<\/td>\n<\/tr>\n
Rischio di incendio \/ ambientale<\/td>\nMaggiore (necessaria contenimento olio)<\/td>\nBasso, ritardante di fiamma<\/td>\n<\/tr>\n
Migliori posizioni<\/td>\nSottostazioni all'aperto<\/td>\nInterno, grattacieli, offshore<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Ci sono trasformatori immersi in olio che dominano nella gamma zero2 MVA grazie alle efficienti propriet\u00e0 dielettriche dell'olio. I trasformatori asciutti funzionano meglio in luoghi come uffici, ospedali e piattaforme e impianti offshore dove ci sono leggi, come la NFPA 70, che vietano l'uso di trasformatori riempiti d'olio a causa dei pericoli di incendio. I trasformatori in resina colata costano solitamente tra 40%-60% in pi\u00f9 rispetto ai modelli a olio comparabili, ma non richiedono pozzetti per il risparmio dell'olio e sistemi di estinzione incendi.<\/p>\n

Tabella delle specifiche chiave per le classi di trasformatori comuni<\/h2>\n

Per fare un confronto equo tra i modelli di trasformatori, gli ingegneri sceglieranno i parametri fondamentali necessari per ciascuna delle opzioni in questione. Uno dei grafici sottostanti mostra i dati della targhetta di tre unit\u00e0 tipiche.<\/p>\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n
Specifiche campione per le classi di trasformatori di potenza comuni<\/caption>\n
Parametro<\/th>\nUnit\u00e0 di distribuzione<\/th>\nUnit\u00e0 di potenza della sottostazione<\/th>\nUnit\u00e0 GSU<\/th>\n<\/tr>\n
Potenza nominale<\/td>\n000 kVA<\/td>\n20 MVA<\/td>\n250 MVA<\/td>\n<\/tr>\n
Rapporto di tensione<\/td>\n11\/0,4 kV<\/td>\n110\/20 kV<\/td>\n18\/400 kV<\/td>\n<\/tr>\n
Gruppo vettoriale<\/td>\nDyn11<\/td>\nYNd11<\/td>\nYNd11<\/td>\n<\/tr>\n
Tensione di impedenza<\/td>\n6%<\/td>\n10%<\/td>\n14%<\/td>\n<\/tr>\n
Perdita a vuoto<\/td>\n\u22481.150 W<\/td>\n\u224814 kW<\/td>\n\u224890 kW<\/td>\n<\/tr>\n
Perdita a carico<\/td>\n\u224810.500 W<\/td>\n\u224898 kW<\/td>\n\u2248620 kW<\/td>\n<\/tr>\n
Raffreddamento<\/td>\nONAN<\/td>\nONAN\/ONAF<\/td>\nONAF\/ODAF<\/td>\n<\/tr>\n
Standard di riferimento<\/td>\nIEC 60076-1<\/td>\nIEC 60076-1<\/td>\nIEC 60076-1<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

L'assicurazione delle perdite \u00e8 importante per le persone che si occupano di affari: il valore delle perdite pu\u00f2 migliorare o ostacolare il prezzo di un trasformatore e pu\u00f2 rappresentare una differenza di 5%\u201310% rispetto al prezzo di un trasformatore perch\u00e9 una differenza di 1 kW nelle perdite a vuoto per trenta anni pu\u00f2 causare la perdita di decine di migliaia di dollari.<\/p>\n

Il Ruolo Unico di Ogni Classe di Trasformatore nella Rete Elettrica<\/h2>\n

Ogni classe \u00e8 collocata nella sua posizione nella catena energetica e nessuna pu\u00f2 essere sostituita con un'altra:<\/p>\n