La Guida completa al cablaggio dei trasformatori 2025: Il vostro manuale pratico definitivo

Per: Ingegneri elettrici, tecnici, utenti industriali, appassionati di bricolage, specialisti dell'approvvigionamento

I trasformatori sono componenti vitali di qualsiasi sistema elettrico e un cablaggio corretto e sicuro è fondamentale. Che si tratti di convertire la tensione, distribuire la corrente o isolare sistemi, una solida conoscenza del cablaggio dei trasformatori è essenziale per chiunque operi nel settore dell'energia. Nel 2025, le tecnologie elettriche e gli standard di sicurezza continuano ad evolversi. Questa guida completa fornisce le conoscenze più aggiornate e pratiche sul cablaggio dei trasformatori, coprendo tutto, dai concetti fondamentali alle configurazioni avanzate, ai protocolli di sicurezza e alla risoluzione dei problemi.

1. Nozioni di base sul cablaggio dei trasformatori

1.1 Che cos'è il cablaggio dei trasformatori?

Il cablaggio dei trasformatori è semplicemente il processo di collegamento corretto delle linee elettriche agli avvolgimenti primari (ingresso) e secondari (uscita) di un trasformatore. La sua funzione principale è quella di regolare la tensione e la corrente per soddisfare le specifiche richieste di potenza di varie apparecchiature o sistemi. I trasformatori svolgono un ruolo indispensabile nei sistemi di alimentazione, trasmettendo in modo sicuro ed efficiente l'energia elettrica ad alta tensione agli utenti finali o aumentando la potenza a bassa tensione per la trasmissione a lunga distanza. Un cablaggio corretto assicura il corretto funzionamento del trasformatore e, soprattutto, garantisce la sicurezza delle persone e delle apparecchiature, prevenendo problemi come cali di tensione, cortocircuiti o sovraccarichi.

1.2 Cablaggio in serie o in parallelo

La comprensione dei collegamenti in serie e in parallelo è fondamentale per il cablaggio dei trasformatori.

• Cablaggio della serie: Si tratta di collegare più avvolgimenti del trasformatore da un capo all'altro. In questa configurazione, le tensioni si sommano, mentre il la corrente rimane costante. Viene spesso utilizzato per aumentare la tensione, ad esempio in alcune apparecchiature di test o in specifiche applicazioni industriali.

• Cablaggio in parallelo: In questo caso, i terminali corrispondenti di più avvolgimenti del trasformatore (o di più trasformatori singoli) sono collegati tra loro. In questa configurazione, il la tensione rimane costante, mentre il corrente si somma o si distribuisceaumentando così la capacità di corrente totale. I collegamenti in parallelo sono comuni nelle applicazioni che richiedono un'elevata corrente di uscita, come l'alimentazione di più carichi ad alta potenza.

La scelta tra serie e parallelo dipende dalle vostre esigenze specifiche: avete bisogno di una tensione più elevata o di una maggiore capacità di corrente?

1.3 Lati primari e secondari

Un trasformatore ha due sezioni principali:

• Lato primario (alta tensione/ingresso): È il lato del trasformatore che riceve l'energia elettrica dalla fonte di alimentazione. In genere è collegato alla linea di alimentazione e funziona a una tensione più elevata. Sulle targhette dei trasformatori e sugli schemi di cablaggio, i terminali primari sono solitamente etichettati come H1, H2, H3....

• Lato secondario (bassa tensione/uscita): È il lato del trasformatore che fornisce energia elettrica al carico. La tensione di uscita, dopo la conversione da parte del trasformatore, è in genere più bassa. I terminali secondari sono generalmente etichettati come X1, X2, X3....

La corretta distinzione tra avvolgimenti primari e secondari è fondamentale per garantire un funzionamento sicuro e collegamenti corretti. Per l'identificazione, fare sempre riferimento alla targhetta del trasformatore e allo schema elettrico.

1.4 Cablaggio monofase vs trifase

I sistemi di alimentazione sono classificati in base al numero di fasi, che influenzano il cablaggio dei trasformatori:

• Cablaggio del trasformatore monofase: Comunemente utilizzati in ambienti residenziali e commerciali di piccole dimensioni, questi trasformatori hanno in genere un avvolgimento primario e uno secondario. Il cablaggio è relativamente semplice e prevede principalmente connessioni di linea in ingresso e in uscita.

• Cablaggio del trasformatore trifase: Ampiamente utilizzati in impianti industriali e commerciali di grandi dimensioni, sono costituiti da tre avvolgimenti primari e tre secondari. Offrono una potenza di uscita più stabile e una maggiore efficienza di trasmissione. I metodi di cablaggio trifase, come Wye (Y) e Delta ($\Delta$), sono più complesse e richiedono un livello di competenza tecnica superiore.

La comprensione di questi concetti di base è un prerequisito per approfondire il cablaggio dei trasformatori.

Per saperne di più:Standard di efficienza e analisi delle perdite dei trasformatori: Una guida completa (conforme a IEC e DOE)

2. Guida al cablaggio della serie

2.1 Che cos'è il cablaggio in serie?

Cablaggio in serie consiste nel collegare più avvolgimenti di un trasformatore (o più trasformatori indipendenti) da un capo all'altro, creando un unico percorso di corrente. In questa configurazione, la corrente che attraversa ogni avvolgimento è la stessa, mentre la tensione totale è la somma algebrica delle tensioni dei singoli avvolgimenti.

2.2 Schema di collegamento in serie

(Inserire qui il diagramma: Illustrare due o più avvolgimenti/trasformatori collegati in serie, etichettando i terminali di ingresso/uscita H1, H2, X1, X2, ecc. e mostrando l'aggiunta di tensione).

• Illustrazione tipica: L'H2 di un avvolgimento primario si collega all'X1 di un avvolgimento secondario (o viceversa), formando un anello continuo. La tensione di uscita finale è la somma delle tensioni che attraversano i due avvolgimenti.

2.3 Quando utilizzare il cablaggio in serie?

Il cablaggio in serie viene utilizzato principalmente nei seguenti scenari:

• Aumento di tensione: Quando è necessario ottenere una tensione di uscita più elevata da una tensione di ingresso più bassa, è possibile farlo collegando gli avvolgimenti secondari in serie. Ad esempio, collegando in serie due avvolgimenti secondari da 120 V si ottiene un'uscita a 240 V.

• Applicazioni tipiche per avvolgimenti multipli in serie:

  • Alimentatori da laboratorio: Applicazioni che richiedono una regolazione flessibile della tensione.

  • Alcune apparecchiature di riscaldamento industriale: Dispositivi che richiedono alte tensioni specifiche per il funzionamento.

  • Apparecchiature di test ad alta tensione: Utilizzati per generare tensioni elevate specifiche per prove di isolamento o di rigidità dielettrica.

2.4 Precauzioni per il cablaggio in serie

• Corrente in serie costante, distribuzione della tensione: Assicurarsi che tutti gli avvolgimenti collegati in serie abbiano lo stesso valore di stessa corrente nominale. In caso contrario, una corrente eccessiva potrebbe danneggiare l'avvolgimento di potenza inferiore. La distribuzione della tensione totale dipende dal rapporto di spire di ciascun avvolgimento.

• Impatto del guasto in serie: Un guasto (ad esempio un circuito aperto o un cortocircuito) in uno qualsiasi degli avvolgimenti interrompe o causa un funzionamento anomalo dell'intero circuito in serie.

• Corrispondenza di polarità: Quando si effettuano i collegamenti in serie, rispettare rigorosamente le polarità degli avvolgimenti (di solito indicate da marcature a punti o dalle etichette dei terminali). In caso contrario, si può verificare un annullamento della tensione anziché un'aggiunta, o addirittura un cortocircuito.

Per saperne di piùChe cos'è un trasformatore elettrico? Funzione, design e principio di funzionamento

3. Guida al cablaggio in parallelo

3.1 Che cos'è il cablaggio in parallelo?

Cablaggio in parallelo consiste nel collegare tra loro i terminali omonimi di più avvolgimenti di un trasformatore (o di più trasformatori indipendenti), formando diversi percorsi di corrente in parallelo. In questa configurazione, la tensione attraverso ogni avvolgimento è la stessa, mentre la corrente totale è la somma algebrica delle correnti dei singoli avvolgimenti.

3.2 Schema di collegamento in parallelo

(Inserire qui il diagramma: Illustrare due o più avvolgimenti/trasformatori collegati in parallelo, etichettando i terminali di ingresso/uscita H1, H2, X1, X2, ecc. e mostrando l'aggiunta di corrente).

• Illustrazione tipica: H1 di un avvolgimento primario si collega a H1 di un altro avvolgimento primario e H2 si collega a H2. Analogamente, X1 si collega a X1 e X2 si collega a X2 per gli avvolgimenti secondari. La corrente di uscita finale è la somma delle correnti dei singoli avvolgimenti, mentre la tensione rimane costante.

3.3 Quando utilizzare il cablaggio in parallelo?

Il cablaggio in parallelo viene utilizzato principalmente nei seguenti scenari:

• Aumento della capacità attuale: Quando un trasformatore singolo Se un avvolgimento non è in grado di fornire la corrente totale richiesta dal carico, è possibile aumentare la capacità di uscita della corrente totale collegando più avvolgimenti o trasformatori in parallelo. Questa soluzione è molto comune nelle grandi fabbriche o negli edifici commerciali.

• Alimentazione stabile per carichi multipli: Un sistema in parallelo può fornire corrente stabile e sufficiente per più carichi, migliorando al contempo l'affidabilità del sistema. Se un'unità in parallelo si guasta, le altre possono continuare a fornire energia (anche se la capacità diminuisce).

• Ridondanza: Nelle applicazioni critiche, i collegamenti in parallelo forniscono ridondanza. Se un trasformatore necessita di manutenzione o subisce un guasto, gli altri trasformatori possono continuare a fornire energia, riducendo al minimo i tempi di inattività.

3.4 Precauzioni per il cablaggio in parallelo

• Tensione costante, distribuzione di corrente: Tutti gli avvolgimenti o trasformatori collegati in parallelo devono avere valori di tensione identici. Se le tensioni non coincidono, possono verificarsi correnti circolanti, con conseguente surriscaldamento del trasformatore, riduzione dell'efficienza o addirittura danni.

• Prevenzione delle correnti di circolazione e della ripartizione irregolare del carico:

  • Corrispondenza di impedenza: I trasformatori in parallelo devono avere impedenze percentuali simili. L'inadeguatezza delle impedenze può portare a una distribuzione non uniforme della corrente di carico, in cui il trasformatore con un'impedenza inferiore trasporta una corrente maggiore, causando potenzialmente un sovraccarico.

  • Corrispondenza di polarità: La polarità di tutti gli avvolgimenti in parallelo deve essere rigorosamente coerente; in caso contrario, si verificherà un cortocircuito.

  • Coerenza dell'angolo di fase: Per i trasformatori trifase in parallelo, i gruppi di vettori devono essere compatibili per garantire la coerenza dell'angolo di fase, poiché l'incompatibilità genererà anche correnti di circolazione significative.

• Connessioni sicure: Tutti i punti di collegamento in parallelo devono essere sicuri e affidabili, garantendo una bassa resistenza per evitare il surriscaldamento localizzato.

Per saperne di più:Trasformatori ad alta tensione e a bassa tensione: Differenze chiave e applicazioni reali

4. Come leggere gli schemi di cablaggio dei trasformatori

La padronanza dell'interpretazione degli schemi elettrici dei trasformatori è il primo passo fondamentale per un cablaggio sicuro e corretto.

4.1 Simboli e standard comuni

Gli schemi elettrici sono in genere conformi agli standard internazionali o regionali, come ad esempio:

• IEC (Commissione Elettrotecnica Internazionale): Ampiamente utilizzato in Europa e in molti paesi del mondo.

• IEEE (Istituto degli ingegneri elettrici ed elettronici): Comunemente usato negli Stati Uniti e nel Nord America.

• ANSI (Istituto nazionale americano delle norme): Utilizzato frequentemente anche in Nord America.

Simboli comuni:

• Terminali H (primari): Solitamente etichettati con H1, H2, H3 e così via, rappresentano i terminali dell'avvolgimento primario del trasformatore.

• Terminali X (secondari): Solitamente etichettati X1, X2, X3, ecc. rappresentano i terminali dell'avvolgimento secondario del trasformatore.

• Simbolo di messa a terra: Un simbolo con tre linee parallele, che indica che l'apparecchiatura deve essere messa a terra in modo affidabile.

• Rappresentazione di avvolgimento: Spesso raffigurati come bobine quadrate o circolari, talvolta con segni di punti per indicare la polarità dell'avvolgimento.

• Interruttori automatici/fusibili: Dispositivi per la protezione dei circuiti.

• Interruttori, misuratori: Utilizzato per il controllo e il monitoraggio dei parametri elettrici.

4.2 Come identificare serie e parallelo nei diagrammi

• Schemi di cablaggio in serie: Nei diagrammi, gli avvolgimenti in serie sono tipicamente rappresentati come connessioni end-to-endCiò significa che il terminale di uscita di un avvolgimento si collega direttamente al terminale di ingresso di un altro, formando un percorso continuo.

• Schemi di cablaggio in parallelo: Gli avvolgimenti in parallelo sono solitamente illustrati con tutti i terminali con lo stesso nome collegati tra loro. Ad esempio, tutti gli H1 sono connessi e tutti gli H2 sono connessi, formando percorsi paralleli.

4.3 Comprensione dei gruppi di vettori (Dyn11, ecc.)

Gruppo vettoriale è una designazione specifica per i trasformatori trifase, che indica la relazione di fase tra gli avvolgimenti primari e secondari. Ad esempio, Dyn11 significa:

• D (Delta): Gli avvolgimenti primari sono collegati in configurazione Delta.

• y (Wye): Gli avvolgimenti secondari sono collegati in configurazione Wye.

• n (neutro): Un punto neutro viene portato fuori dagli avvolgimenti secondari collegati a Wye.

• 11: Indica che la tensione secondaria è in ritardo di 330 gradi rispetto alla tensione primaria (o in anticipo di 30 gradi). Il numero rappresenta la posizione della lancetta dell'ora di un orologio, ad esempio le ore 11.

La corretta comprensione dei gruppi vettoriali è fondamentale per il funzionamento in parallelo dei trasformatori trifase. Solo i trasformatori con gruppi vettoriali compatibili possono funzionare in parallelo; in caso contrario, possono verificarsi correnti di circolazione significative e danni alle apparecchiature.

4.4 Analisi di esempi reali

(Inserire qui una schermata parziale di un tipico schema di cablaggio di un trasformatore monofase o trifase ed eseguire un'analisi passo-passo).

• Fasi di analisi:

  1. Identificare i terminali primari e secondari: Individuare le etichette come H1, H2, X1, X2.

  2. Determinare il tipo di connessione: In base al diagramma, individuare se si tratta di un collegamento in serie o in parallelo.

  3. Identificare la messa a terra: Individuare il simbolo di messa a terra e garantire un percorso di messa a terra sicuro.

  4. Comprendere i dispositivi di protezione: Identificare interruttori, fusibili e altri elementi di protezione.

  5. ** (specifico per le tre fasi) Controllare il gruppo vettoriale**: Per i diagrammi trifase, individuare la designazione del gruppo vettoriale e comprenderne il significato.

L'analisi di esempi reali aiuta a collegare le conoscenze teoriche con le applicazioni pratiche, consentendo di gestire in modo più efficace i vari scenari di cablaggio.

5. Strumenti e sicurezza per il cablaggio dei trasformatori

La sicurezza è fondamentale in qualsiasi lavoro elettrico. Il cablaggio dei trasformatori comporta tensioni e correnti elevate, pertanto è obbligatorio rispettare rigorosamente i protocolli di sicurezza.

5.1 Lista di controllo degli strumenti essenziali

Prima di iniziare il cablaggio, accertarsi di disporre dei seguenti strumenti:

• Set di cacciaviti isolati: Assicurarsi che i cacciaviti abbiano manici isolati elettricamente.

• Spelafili: Per una rimozione precisa dell'isolamento dei fili, evitando di danneggiare i conduttori.

• Utensile a crimpare/Crimpatrici terminali: Per crimpare in modo sicuro i terminali.

• Multimetro (digitale): Per misurare tensione, corrente, resistenza ed eseguire test di continuità.

• Guanti isolati: Dispositivi di protezione individuale essenziali per i lavori ad alta tensione.

• Occhiali di sicurezza: Proteggere gli occhi da archi elettrici o detriti volanti.

• Tester di tensione/rilevatore di tensione senza contatto: Per verificare l'assenza di tensione prima di toccare i fili.

• Chiave dinamometrica: Per garantire che i collegamenti dei terminali siano serrati alla coppia specificata, evitando l'allentamento.

• Coltello da elettricista: Per la spellatura e la rifilatura ausiliaria.

• Etichettatrice/Etichette: Per contrassegnare chiaramente i fili e i terminali, evitando confusione.

5.2 Protocollo di sicurezza pre-cablaggio

• Isolamento dell'alimentazione (Lockout/Tagout): Prima di iniziare qualsiasi lavoro, scollegare sempre l'alimentazione del trasformatore. Apporre le etichette di avvertimento "Non azionare", "Pericolo" o simili sul quadro elettrico e applicare i lucchetti. Questa è la fase più importante per evitare incidenti dovuti a scosse elettriche.

• Ispezione dell'ambiente di lavoro:

  • Assicurarsi che l'area di lavoro sia asciutta, pulita e priva di materiali infiammabili o esplosivi.

  • Fornire un'illuminazione adeguata.

  • Garantire uno spazio sufficiente per il funzionamento.

  • Evitare il cablaggio all'aperto in caso di condizioni meteorologiche avverse (ad esempio, temporali).

• Antistatico, prevenzione delle perdite: In ambienti umidi o particolari, si consiglia di indossare indumenti antistatici e di assicurarsi che tutte le apparecchiature e gli strumenti di prova siano adeguatamente collegati a terra.

• Indossare i dispositivi di protezione individuale (DPI): Indossare sempre guanti isolati, occhiali di sicurezza, calzature isolate e abbigliamento da lavoro adeguato.

5.3 Cablaggio della sicurezza di processo

• Seguire la sequenza: Rispettare le sequenze di cablaggio standard, in genere iniziando con il filo di terra, poi il filo neutro e infine i conduttori di fase.

• Evitare i cortocircuiti e le connessioni inverse: Controllare attentamente gli schemi di cablaggio e le etichette dei terminali per garantire il corretto collegamento dei fili. Evitare i cortocircuiti tra fasi diverse o tra fase e neutro/terra.

• Assicurare la tenuta dei terminali: Tutti i bulloni e i dadi devono essere serrati alla coppia specificata dal produttore per evitare connessioni allentate che potrebbero causare surriscaldamento o guasti. Per la verifica, utilizzare una chiave dinamometrica.

• Isolamento: Tutti i collegamenti dei conduttori esposti devono essere adeguatamente isolati con nastro adesivo, guaina termorestringente o tappi isolati.

• Regola delle due persone: Se possibile, quando si eseguono lavori elettrici ad alta tensione, è necessario che sia presente una seconda persona che possa intervenire in caso di emergenza.

5.4 Ispezione post-cablaggio

Prima di dare tensione, eseguire un'ispezione approfondita:

• Test di continuità: Utilizzare un multimetro per verificare la continuità su tutti i punti di connessione, assicurandosi che non vi siano circuiti aperti.

• Misura della tensione: Dopo aver dato tensione (con cautela), utilizzare un multimetro per misurare le tensioni primarie e secondarie e verificare che corrispondano alle aspettative.

• Test di resistenza dell'isolamento: Utilizzare un megaohmmetro (megger) per misurare la resistenza di isolamento tra gli avvolgimenti e tra gli avvolgimenti e la terra, per assicurarsi che non vi siano cortocircuiti o danni all'isolamento.

• Doppio controllo della messa a terra: Verificare nuovamente che tutti i collegamenti di messa a terra siano sicuri e affidabili.

• Ispezione visiva: Ispezionare visivamente tutti i collegamenti per verificarne l'ordine, la sicurezza e l'assenza di conduttori scoperti.

6. Cablaggio del trasformatore Guida passo-passo

Ecco una guida generale passo-passo per il cablaggio dei trasformatori. Si noti che le procedure specifiche possono variare a seconda del tipo di trasformatore e delle istruzioni del produttore. Prima di iniziare qualsiasi lavoro, consultare sempre il manuale di installazione specifico del trasformatore.

6.1 Fase 1: identificazione del terminale

• Fare riferimento alla targhetta e allo schema di cablaggio.Per prima cosa, leggere attentamente la targhetta del trasformatore e lo schema elettrico che lo accompagna per comprendere le designazioni dei terminali primari (H1, H2, ecc.) e secondari (X1, X2, ecc.), i valori di tensione, la capacità in kVA e altre informazioni.

• Distinguere la polarità: Per determinare la polarità degli avvolgimenti, fondamentale per i collegamenti in serie e in parallelo, utilizzare i segni dei punti vicino ai terminali o le istruzioni del produttore.

• Terminali puliti: Assicurarsi che tutti i terminali siano puliti e privi di ossidazione per garantire un buon contatto.

6.2 Fase 2: processo di cablaggio in serie

(Si applica al collegamento in serie degli avvolgimenti interni di un singolo trasformatore o di più trasformatori in serie)

1. Determinare l'obiettivo della connessione: Ad esempio, collegando in serie due avvolgimenti secondari da 120V per ottenere un'uscita da 240V.

2. Collegare il punto centrale: Collegare un terminale di uscita del primo avvolgimento (ad esempio, X2) al terminale di ingresso del secondo avvolgimento (ad esempio, X1).

3. Instradare le connessioni esterne: Estrarre il terminale di ingresso rimanente del primo avvolgimento (ad esempio, X1) e il terminale di uscita rimanente del secondo avvolgimento (ad esempio, X2) come terminali di uscita totali.

4. Proteggere e isolare: Utilizzare connettori appropriati per fissare tutti i punti di connessione e garantire un isolamento completo.

6.3 Fase 3: processo di cablaggio in parallelo

(Si applica al collegamento in parallelo degli avvolgimenti interni di un singolo trasformatore o di più trasformatori in parallelo)

1. Verificare la tensione e la polarità: Assicurarsi che tutti gli avvolgimenti o i trasformatori da mettere in parallelo abbiano la stessa tensione nominale, la stessa polarità (per i monofase), gruppi vettoriali compatibili (per i trifase) e un'impedenza corrispondente.

2. Collegare i terminali con nomi simili (un'estremità): Collegare tutti i terminali di ingresso con nomi simili degli avvolgimenti in parallelo (ad esempio, tutti gli X1) per formare un punto di ingresso comune.

3. Collegare i terminali con nome simile (altra estremità): Collegare tutti gli altri terminali di uscita con nome simile degli avvolgimenti in parallelo (ad esempio, tutti gli X2) per formare un punto di uscita comune.

4. Instradare le connessioni esterne: Far uscire le linee di ingresso e di uscita totali da questi punti di connessione comuni.

5. Proteggere e isolare: Assicurarsi che tutti i collegamenti siano sicuri e affidabili e provvedere a un isolamento completo.

6.4 Fase 4: Messa a terra del trasformatore

La messa a terra è un aspetto fondamentale della sicurezza elettrica!

1. Identificare il terminale di messa a terra: L'involucro del trasformatore è in genere dotato di un capocorda o di un simbolo di messa a terra dedicato.

2. Selezionare il conduttore di terra appropriato: Le dimensioni del conduttore di messa a terra devono essere conformi alle norme elettriche locali (ad esempio, NEC) e di solito sono correlate alle dimensioni dei conduttori di fase.

3. Collegare il cavo di messa a terra: Collegare saldamente il filo di messa a terra al terminale di messa a terra del trasformatore e all'elettrodo di messa a terra principale o all'impianto di messa a terra dell'edificio.

4. Controllare la resistenza di messa a terra: Se le condizioni lo consentono, utilizzare un tester professionale per misurare la resistenza di messa a terra, assicurandosi che sia conforme ai requisiti del codice.

6.5 Fase 5: Test finale

Una volta completato il cablaggio, non applicare immediatamente l'alimentazione. Come descritto in Sezione 5.4, eseguire un'accurata test di continuità, misure di tensione e test di resistenza di isolamentoed eseguire un'ispezione visiva di tutti i collegamenti. Solo quando tutti i risultati dei test soddisfano le aspettative e non ci sono pericoli per la sicurezza, si deve procedere con la messa in tensione.

7. Configurazioni comuni di cablaggio dei trasformatori

I trasformatori trifase presentano diverse configurazioni di cablaggio comuni, ciascuna con vantaggi, svantaggi e scenari applicativi unici.

7.1 Panoramica delle configurazioni di cablaggio

I principali metodi di cablaggio trifase comprendono:

• Connessione a stella (Wye/Y): Dispone di un punto neutro, in grado di alimentare carichi sia monofase che trifase.

• Delta ($\Delta$) Connessione: Senza punto neutro, utilizzato principalmente per carichi trifase.

• Aprire Delta: Utilizza due trasformatori monofase per fornire energia trifase.

• Zig-Zag: Spesso utilizzato per la messa a terra dei trasformatori per fornire un punto neutro.

7.2 Collegamento a stella (Wye)

• Caratteristiche: Un'estremità di ciascuno dei tre avvolgimenti di fase è collegata insieme per formare un punto neutro comune (punto stella), mentre le altre estremità servono come uscita trifase.

• Vantaggi:

  • Può fornire uscite di tensione sia monofase che trifase (ad esempio, sistema 208Y/120V).

  • Il punto neutro può essere collegato a terra, il che contribuisce a limitare le sovratensioni e a migliorare la sicurezza del sistema.

  • Il filo di neutro può bilanciare le correnti quando i carichi trifase sono sbilanciati.

• Svantaggi: Tensione di avvolgimento inferiore, che richiede conduttori di dimensioni maggiori per la stessa potenza nominale.

• Applicazioni tipiche: Residenziale, edifici commerciali e distribuzione industriale, soprattutto in presenza di molti carichi monofase.

7.3 Connessione Delta

• Caratteristiche: I tre avvolgimenti di fase sono collegati da un capo all'altro per formare una spira triangolare chiusa, senza punto neutro in uscita.

• Vantaggi:

  • Può continuare a funzionare in una configurazione a triangolo aperto, fornendo un'alimentazione trifase parziale, anche in caso di guasto di un avvolgimento.

  • Tensione di avvolgimento più elevata, che può ridurre le dimensioni dei conduttori.

  • Fornisce un percorso interno per le correnti armoniche del terzo ordine.

• Svantaggi: Non può fornire direttamente tensione monofase; carichi sbilanciati possono causare tensioni di fase sbilanciate.

• Applicazioni tipiche: In ambito industriale, ad esempio per l'azionamento di grandi motori trifase, o come connessione primaria per i sistemi di distribuzione.

7.4 Collegamenti a delta aperto e a zig-zag

• Aprire Delta:

  • Caratteristiche: È costituito da due trasformatori monofase che forniscono energia trifase.

  • Vantaggi: Costo inferiore, adatto per l'alimentazione trifase in applicazioni con carichi ridotti; può continuare a fornire energia in caso di guasto di un trasformatore.

  • Svantaggi: La capacità è pari solo a circa 57,7% di un collegamento completo a tre trasformatori Delta; può provocare tensioni di fase sbilanciate.

  • Applicazioni tipiche: Piccole fabbriche, alimentazione temporanea o sistemi di backup.

• Zig-Zag:

  • Caratteristiche: Ogni avvolgimento è diviso in due parti e interconnesso con una parte di un avvolgimento di fase adiacente.

  • Vantaggi: Utilizzato principalmente come trasformatore di messa a terra per fornire un punto di neutro artificiale ai sistemi Delta che ne sono privi, facilitando la protezione della messa a terra; sopprime efficacemente le armoniche del terzo ordine.

  • Svantaggi: Struttura più complessa, costo più elevato.

  • Applicazioni tipiche: Punto di riferimento per la messa a terra nei sistemi di alimentazione privi di linea neutra, utilizzato per eliminare la tensione di sequenza zero.

7.5 Scelta della configurazione giusta

La scelta della configurazione di cablaggio del trasformatore appropriata richiede la considerazione di diversi fattori:

• Scenari di applicazione:

  • Applicazioni industriali: Spesso preferiscono Delta-Delta o Delta-Wye per soddisfare le richieste di carico trifase ad alta potenza.

  • Applicazioni commerciali: Wye-Wye o Delta-Wye sono comuni per soddisfare contemporaneamente carichi trifase e monofase (ad esempio, illuminazione, prese).

  • Applicazioni residenziali: In genere trasformatori monofase o derivazioni monofase da un sistema trifase Wye.

• Tipo di carico: Il carico è puramente trifase, puramente monofase o un mix di entrambi?

• Requisiti per la messa a terra: Il sistema richiede un punto neutro per la messa a terra?

• Problemi armonici: Il sistema presenta una distorsione armonica significativa?

• Economia: Differenze di costo e di efficienza tra le varie configurazioni.

• Affidabilità e ridondanza: È richiesta la capacità di gestire un singolo guasto del trasformatore?

Valutando questi fattori, è possibile scegliere la configurazione di cablaggio del trasformatore più adatta alle proprie esigenze specifiche.

8. Risoluzione dei problemi di cablaggio del trasformatore

Anche con la massima attenzione, possono verificarsi errori durante il cablaggio o i trasformatori possono presentare un comportamento anomalo. La padronanza delle capacità di risoluzione dei problemi è essenziale.

8.1 Errori comuni di cablaggio

• Polarità invertita: Soprattutto quando si collegano gli avvolgimenti in serie o in parallelo, l'inversione di polarità può causare annullamenti di tensione, cortocircuiti o forti correnti di circolazione.

• Collegamenti errati dei terminali: Collegamento del primario al secondario o collegamento errato di linee di fasi diverse.

• Messa a terra insufficiente o mancante: Che portano a involucri di apparecchiature sotto tensione o a dispositivi di protezione che non funzionano correttamente.

• Dimensionamento improprio del filo: Con conseguente surriscaldamento del conduttore o addirittura bruciatura.

• Collegamenti allentati: Causa una resistenza di contatto eccessiva, con conseguente riscaldamento o arco nei punti di connessione.

• Gruppi vettoriali di trasformatori trifase disadattati: Con conseguente presenza di grandi correnti di circolazione durante il funzionamento in parallelo.

8.2 Disadattamento di tensione e corrente

• Tensione di uscita troppo alta/bassa:

  • Cause: Tensione d'ingresso anomala, rapporto di rotazione errato del trasformatore, sotto/sovraccarico, collegamenti errati degli avvolgimenti (ad esempio, aggiunta di tensione impropria negli avvolgimenti in serie).

  • Risoluzione dei problemi: Misurare la tensione d'ingresso; verificare se la targhetta del trasformatore corrisponde al cablaggio effettivo; esaminare le condizioni di carico.

• Corrente di uscita anomala (troppo alta/bassa):

  • Cause: Cortocircuito/apertura del carico, capacità insufficiente del trasformatore, distribuzione non uniforme del carico nei trasformatori in parallelo, guasto all'avvolgimento interno.

  • Risoluzione dei problemi: Misurare la corrente di carico; controllare l'adattamento dell'impedenza del trasformatore in parallelo; verificare la normalità degli avvolgimenti del trasformatore.

8.3 Cortocircuito / Circuito aperto

• Corto circuito:

  • Sintomi: I dispositivi di protezione (interruttori, fusibili) scattano, il trasformatore emette rumori o fumi anomali, forte surriscaldamento.

  • Cause: Errori di cablaggio (cortocircuiti fase-fase, fase-terra), danni all'isolamento degli avvolgimenti, cortocircuito del carico.

  • Risoluzione dei problemi: Togliere immediatamente la tensione! Utilizzare un multimetro per controllare la resistenza tra le fasi e tra le fasi e la terra, per individuare i percorsi a bassa resistenza.

• Circuito aperto:

  • Sintomi: Nessuna uscita di tensione o assenza parziale di tensione di fase.

  • Cause: Collegamenti allentati, fili rotti, avvolgimenti aperti, dispositivi di protezione scattati.

  • Risoluzione dei problemi: Utilizzare un multimetro per eseguire test di continuità, controllando la continuità di ciascun segmento di filo e dell'avvolgimento.

8.4 Problemi di surriscaldamento e rumore

• Surriscaldamento:

  • Cause: Sovraccarico (capacità insufficiente del trasformatore), scarsa ventilazione, avvolgimenti in cortocircuito (parziale o intergiro), basso livello dell'olio (tipo a olio), correnti armoniche eccessive, correnti circolanti nei trasformatori in parallelo.

  • Risoluzione dei problemi: Controllare la corrente di carico; pulire le aperture di ventilazione; eseguire test di isolamento; misurare il livello dell'olio; controllare il contenuto di armoniche.

• Rumore anomalo di ronzio:

  • Cause: Laminazioni del nucleo allentate, effetto di magnetostrizione, vibrazioni dell'avvolgimento, sovratensione, correnti armoniche, correnti circolanti nei trasformatori in parallelo.

  • Risoluzione dei problemi: Controllare i bulloni di serraggio del nucleo; misurare la tensione di ingresso; analizzare le forme d'onda della corrente.

8.5 Come risolvere i problemi di cablaggio

1. La sicurezza prima di tutto: Interrompere immediatamente l'alimentazione ed eseguire le procedure di lockout/tagout.

2. Raccogliere informazioni: Registrare i sintomi del guasto, l'ora in cui si è verificato e le relative condizioni operative dell'apparecchiatura.

3. Ispezione visiva: Verificare che non vi siano bruciature, collegamenti allentati o isolamento danneggiato.

4. Verificare il diagramma di cablaggio: Confrontare il cablaggio effettivo con lo schema, controllando ogni collegamento.

5. Test degli strumenti:

   • Stato diseccitato: Eseguire test di resistenza e continuità per individuare cortocircuiti o circuiti aperti.

   • Stato eccitato (con cautela): Misurare la tensione e la corrente, confrontandole con i valori nominali.

6. Analizzare e diagnosticare: In base ai risultati dei test e ai sintomi dei guasti, determinare le possibili cause.

7. Riparazione degli attrezzi: Riparare come diagnosticato, ad esempio stringendo i collegamenti, sostituendo i componenti danneggiati o correggendo gli errori di cablaggio.

8. Ri-test: Dopo la riparazione, eseguire nuovamente i test di sicurezza completi (ad esempio, test di isolamento, test di tensione/corrente) per garantire l'eliminazione del guasto.

9. Scenari di cablaggio speciale del trasformatore

Oltre ai collegamenti standard, i trasformatori hanno metodi di cablaggio specifici per particolari applicazioni.

9.1 Cablaggio del trasformatore step-down (da 480 V a 208 V, 240 V, 120 V)

• Scopo: Per ridurre la tensione di rete più alta alla tensione più bassa richiesta dalle apparecchiature.

• Applicazioni tipiche:

  • Step-Down industriale: Riduzione dell'alimentazione trifase a 480 V di una fabbrica a 208 Y/120 V per l'illuminazione, le prese e le apparecchiature più piccole.

  • Step-Down commerciale: Riduzione della tensione di 480V o 277V di un edificio commerciale a 120V/240V per l'alimentazione generale.

• Considerazioni sul cablaggio: Di solito utilizza connessioni Delta-Wye o Wye-Wye, scegliendo se è necessaria una linea neutra in base al tipo di carico.

9.2 Cablaggio del trasformatore step-up (da 208V a 480V, da 220V a 440V)

• Scopo: Aumentare la tensione di una sorgente più bassa a una tensione più alta richiesta dall'apparecchiatura.

• Applicazioni tipiche:

  • Avviamento di grandi motori: Alcuni motori di grandi dimensioni possono richiedere una tensione di avviamento più elevata.

  • Trasmissione a lunga distanza (interna): All'interno di uno stabilimento, la tensione può essere aumentata in aree locali per ridurre le perdite di linea.

  • Uscita del generatore Step-Up: Aumento della tensione di uscita inferiore di un generatore prima della connessione alla rete.

• Considerazioni sul cablaggio: L'opposto dello step-down, ma i protocolli di sicurezza e i requisiti di polarità sono ugualmente importanti.

9.3 Cablaggio del trasformatore di isolamento

• Scopo: Fornisce isolamento elettrico, separando fisicamente il carico dalla sorgente di alimentazione per sopprimere il rumore, ridurre le armoniche e migliorare la sicurezza personale. Non vi è alcun collegamento elettrico diretto tra gli avvolgimenti primari e secondari.

• Caratteristiche: Il rapporto tra le spire del primario e del secondario è spesso 1:1, ma esistono anche tipi step-up o step-down.

• Considerazioni sul cablaggio: Deve rispettare rigorosamente le sue proprietà di isolamento, assicurando che il lato secondario sia completamente flottante o collegato a terra, come richiesto.

• Applicazioni tipiche: Apparecchiature mediche, strumentazione sensibile, sistemi audio, centri dati.

9.4 Cablaggio dell'autotrasformatore

• Scopo: Per ottenere la trasformazione della tensione condividendo una parte dell'avvolgimento, offrendo un ingombro minore, un costo inferiore e un'efficienza superiore rispetto ai trasformatori di isolamento.

• Caratteristiche: Esiste un collegamento elettrico diretto tra gli avvolgimenti primari e secondari.

• Considerazioni sul cablaggio: Non può essere utilizzato in applicazioni che richiedono l'isolamento a causa del collegamento elettrico diretto; la capacità di carico dell'avvolgimento condiviso deve essere calcolata attentamente.

• Applicazioni tipiche: Avviamento dei motori, regolatori di tensione, lato bassa tensione dei sistemi di trasmissione a lunga distanza.

9.5 Cablaggio dei trasformatori di sistemi solari e rinnovabili

• Scopo: Per aumentare la tensione dagli inverter fotovoltaici o dalle turbine eoliche (tipicamente a bassa tensione) alla tensione di rete per l'interconnessione.

• Considerazioni sul cablaggio: Richiede la considerazione della conversione da CC a CA e delle caratteristiche di uscita dell'inverter (ad esempio, le armoniche).

• Applicazioni tipiche: Grandi impianti solari, parchi eolici per la connessione alla rete.

9.6 Cablaggio del trasformatore di ricarica dei veicoli elettrici

• Scopo: Per fornire tensione e corrente adeguate alle stazioni di ricarica dei veicoli elettrici, che spesso richiedono una riduzione della tensione o l'isolamento dalla rete.

• Considerazioni sul cablaggio: Devono soddisfare requisiti di carica ad alta corrente, che possono comportare la conversione da trifase a monofase o uscite CC specifiche.

• Applicazioni tipiche: Stazioni di ricarica pubbliche, strutture di ricarica commerciali e residenziali.

10. Domande frequenti (FAQ)

Ecco alcune delle domande più comuni sul cablaggio dei trasformatori:

10.1 Cosa significa XFMR?

XFMR è l'abbreviazione di Trasformatorecomunemente utilizzato nei disegni e nella letteratura di elettrotecnica.

10.2 Come si cabla un trasformatore monofase da 240V/120V?

Questo tipo di trasformatore ha solitamente un avvolgimento primario da 240 V e due avvolgimenti secondari da 120 V (con una presa di corrente centrale).

• Per carichi da 240 V: Collegare l'alimentazione a 240 V al lato primario. I due terminali esterni del lato secondario forniranno 240V.

• Per carichi da 120 V: Collegare l'alimentazione a 240 V al lato primario. La presa centrale del lato secondario funge da neutro, fornendo 120 V tra la presa centrale e uno dei due terminali esterni.

• Per 120V e 240V: Collegare l'alimentazione a 240 V al lato primario. I due terminali secondari esterni forniscono 240V, mentre uno dei due terminali esterni e il rubinetto centrale forniscono 120V.

10.3 Com'è fatto un trasformatore?

I trasformatori sono tipicamente costituiti da un nucleo magnetico e avvolgimenti (bobine) avvolto intorno al nucleo. A seconda del tipo, possono essere riempito d'olio (con radiatori e serbatoio dell'olio) o tipo a secco (di solito con un involucro metallico e aperture di ventilazione). Le dimensioni variano da quelle di un palmo di mano a quelle di un piccolo edificio.

10.4 Qual è il lato primario?

Il Primario è il lato collegato alla fonte di alimentazione (ingresso) e di solito funziona con una tensione più elevata. Il Secondario è il lato collegato al carico (uscita) e funziona tipicamente a una tensione inferiore (per i trasformatori step-down) o superiore (per i trasformatori step-up).

10.5 Come si cabla in sicurezza un trasformatore step-down?

1. Disattivare l'energia: Interrompere e bloccare l'alimentazione.

2. Identificare i terminali: Distinguere i terminali primari ad alta tensione (H) da quelli secondari a bassa tensione (X).

3. Terra: Innanzitutto, collegare l'involucro del trasformatore a un sistema di messa a terra affidabile.

4. Collegare il primario: Collegare le linee di alimentazione ai terminali dell'avvolgimento primario.

5. Collegare il secondario: Collegare le linee di carico ai terminali dell'avvolgimento secondario.

6. Isolare e proteggere: Assicurarsi che tutti i collegamenti siano sicuri e accuratamente isolati.

7. Test: Eseguire i test di isolamento e continuità prima di dare tensione.

10.6 Come si cabla un trasformatore step-up?

I passaggi sono simili a quelli di un trasformatore step-downma il lato primario si collega alla sorgente di tensione più bassa, mentre il lato secondario si collega all'apparecchiatura che richiede una tensione più elevata. Assicurarsi sempre che la tensione nominale e la capacità del trasformatore corrispondano all'applicazione.

10.7 Un trasformatore deve essere messo a terra?

Assolutamente sì. L'involucro del trasformatore deve essere messo a terra in modo affidabile per fornire un percorso sicuro, evitando che l'involucro si ecciti in caso di guasto dell'isolamento, proteggendo il personale e le apparecchiature. Anche alcuni avvolgimenti (come il punto neutro di un collegamento Wye) possono richiedere la messa a terra.

10.8 Qual è la differenza tra cablaggio di isolamento e autotrasformatore?

• Trasformatore di isolamento: Non esiste un collegamento elettrico diretto tra gli avvolgimenti primari e secondari; l'energia viene trasferita tramite accoppiamento magnetico. Fornisce un isolamento elettrico completo, utilizzato per la sicurezza e la soppressione del rumore.

• Autotrasformatore: Gli avvolgimenti primari e secondari condividono una parte della bobina, il che significa che c'è un collegamento elettrico diretto tra loro. Sono più piccoli e più efficienti, ma non possono garantire l'isolamento.

Per saperne di piùSpiegazione dei valori di base dei trasformatori: kVA, tensione, frequenza e impedenza per acquirenti e tecnici

11. Conclusione

Il cablaggio dei trasformatori è un'attività elettrica precisa e meticolosa che richiede una stretta osservanza delle norme di sicurezza. Questa guida fornisce una conoscenza completa, dai concetti fondamentali alle applicazioni avanzate e alla risoluzione dei problemi, con l'obiettivo di aiutare gli ingegneri elettrici, i tecnici e tutti i professionisti interessati a completare le attività di cablaggio dei trasformatori in modo più sicuro ed efficiente.

Sommario: Cablaggio sicuro, scelta informata, pratica standardizzata

• La sicurezza è fondamentale: Dare sempre la priorità alla sicurezza personale e delle attrezzature, seguendo rigorosamente le procedure di Lockout/Tagout e le linee guida sull'uso dei DPI.

• Scelta informata: Selezionare scientificamente il tipo di trasformatore, la capacità e la configurazione di cablaggio appropriati in base alle esigenze specifiche dell'applicazione.

• Pratica standardizzata: Seguire scrupolosamente le istruzioni del produttore e gli standard industriali per il cablaggio, assicurando che ogni connessione sia sicura e affidabile.

Per saperne di piùComponenti chiave di un trasformatore di potenza: Nucleo, avvolgimenti e isolamento

Gli ultimi standard del settore 

Si noti che gli standard del settore elettrico (come NEC, IEC, IEEE, ecc.) vengono aggiornati regolarmente. In qualità di professionista del settore elettrico, l'apprendimento continuo e l'informazione sugli standard più recenti è una vostra responsabilità. Vi consigliamo di consultare regolarmente gli aggiornamenti pubblicati dalle organizzazioni competenti per garantire che le vostre operazioni siano sempre conformi alle best practice del settore e alle normative legali.

Ci auguriamo che questa guida sia un valido riferimento per il cablaggio dei trasformatori. Se avete domande o avete bisogno di ulteriore assistenza, non esitate a lasciare un commento o a consultare altri articoli tecnici professionali.