La protezione in ingresso a un trasformatore è fondamentale e viene tipicamente realizzata mediante una combinazione di dispositivi che proteggono da sovracorrenti, sovratensioni e guasti interni.
Dispositivi di Protezione
I principali dispositivi utilizzati per la protezione in ingresso, in particolare per trasformatori di potenza o distribuzione, includono:
- Interruttori automatici (Magnetotermici): Offrono protezione sia dai sovraccarichi (tramite sganciatore termico) che dai cortocircuiti (tramite sganciatore magnetico). Sono essenziali per interrompere l’alimentazione in caso di correnti anomale.
- Fusibili: Questi dispositivi monouso forniscono una protezione rapida contro le correnti di cortocircuito interrompendo il circuito quando la corrente supera un valore prefissato.
- Scaricatori di sovratensione (SPD – Surge Protection Devices): Proteggono il trasformatore da sovratensioni transitorie causate da fulmini o manovre di rete, scaricando a terra l’energia in eccesso e preservando l’isolamento.
- Relè di protezione: Utilizzati in sistemi più complessi (es. media/alta tensione), questi relè, spesso in combinazione con trasformatori di corrente (TA) e di tensione (TV), monitorano parametri come la corrente e la tensione e possono attivare l’interruzione dell’alimentazione in caso di anomalie specifiche come guasti a terra o differenziali. La taratura è cruciale per evitare scatti intempestivi dovuti alla corrente di inserzione del trasformatore.
Tipi di Protezione
- Protezione da sovracorrente: Realizzata principalmente con interruttori automatici o fusibili, questa protezione previene danni dovuti a correnti eccessive prolungate o improvvise.
- Protezione da sovratensione: Gli scaricatori di sovratensione sono la soluzione chiave per mitigare i rischi legati a picchi di tensione che potrebbero danneggiare l’isolamento del trasformatore.
- Protezione differenziale: Nei trasformatori di potenza, la protezione differenziale è un metodo efficace per rilevare guasti interni confrontando le correnti in ingresso e in uscita.
La scelta e la taratura delle protezioni dipendono dalla dimensione, dal tipo e dall’applicazione specifica del trasformatore, oltre che dalle normative vigenti
La protezione contro il corto circuito (c.c.) è l’obiettivo primario e fondamentale della protezione in ingresso, ma non è l’unico.
In fase di progettazione, la protezione da corto circuito deve affrontare due sfide critiche:
1. La Corrente di Inserzione (Inrush Current)
Il problema principale della protezione in ingresso è che, al momento dell’accensione, il trasformatore assorbe un picco di corrente brevissimo ma violentissimo (fino a 10-15 volte la corrente nominale).
- Il rischio: Se la protezione da corto circuito è troppo sensibile, interviene ogni volta che provi ad accendere il trasformatore.
- La soluzione: Si usano interruttori con curve di intervento specifiche (come la curva D per i magnetotermici) o fusibili di tipo aM (accompagnamento motori/trasformatori), progettati per ignorare il picco iniziale ma scattare istantaneamente in caso di vero guasto.
2. Perché non basta solo il corto circuito?
Sebbene il corto circuito sia l’evento più distruttivo, la protezione in ingresso deve coprire altri due scenari che “uccidono” il trasformatore più lentamente:
- Il Sovraccarico: Se colleghi troppi carichi all’uscita, il trasformatore si scalda eccessivamente. Il calore degrada l’isolante fino a causare, alla fine, un corto circuito interno. La protezione termica (parte dell’interruttore magnetotermico) serve a prevenire questo invecchiamento precoce.
- Le Sovratensioni: Un fulmine o uno sbalzo sulla rete Enel non causano un corto circuito immediato rilevabile dall’interruttore, ma possono perforare l’isolamento degli avvolgimenti. Per questo si usano gli scaricatori (SPD).
In sintesi
La protezione da c.c. è il “salvavita” immediato del sistema, ma deve essere coordinata con le caratteristiche del trasformatore per:
- Resistere all’avviamento (evitare scatti intempestivi).
- Proteggere i cavi a monte del trasformatore.
- Garantire la selettività: se c’è un guasto a valle del trasformatore, deve scattare la protezione in uscita, non quella in ingresso (per non spegnere tutto il resto dell’impianto).
