Quando scegliere un trasformatore di isolamento

I trasformatori di isolamento sono fondamentali per assicurare la sicurezza e la stabilità dei sistemi elettrici. A differenza dei trasformatori base che offrono un isolamento funzionale ordinario, i trasformatori di isolamento con avvolgimenti a doppio isolamento rinforzato o con schermo metallico forniscono una protezione superiore. Inoltre, è importante distinguere tra trasformatore di isolamento e trasformatore di sicurezza, quest’ultimo progettato per limitare la tensione di uscita entro soglie di sicurezza specifiche per la protezione delle persone.

I trasformatori di isolamento offrono svariati vantaggi. Consentono ad esempio di garantire una maggiore sicurezza contro i guasti elettrici e le sovratensioni. Il loro utilizzo si estende in diversi settori industriali e civili, assicurando ad esempio la protezione contro le dispersioni di corrente e le interferenze elettromagnetiche. In questo articolo analizzeremo il funzionamento, i vantaggi e le applicazioni dei trasformatori di isolamento.

Cosa sono i trasformatori di isolamento?

Un trasformatore di isolamento è un dispositivo elettrico progettato per trasferire energia tra due circuiti senza connessione diretta, grazie all’accoppiamento induttivo. La loro struttura prevede due avvolgimenti separati, uno primario e uno secondario, avvolti intorno a un nucleo ferromagnetico, utilizzando un isolamento doppio o rinforzato e/o uno schermo metallico collegato a terra. Questa configurazione permette di ridurre i disturbi elettromagnetici e proteggere gli utenti da potenziali sovratensioni o guasti di terra.

Tipologie di trasformatori di isolamento

Per poter individuare il trasformatore di isolamento opportuno la scelta ricade sulle caratteristiche necessarie quali: tipo di servizio (uso generico, uso medico, uso ferroviario, etc.), tipo trifase o monofase, potenza necessaria, frequenza, tensione del circuito primario e secondario, grado di protezione IP in funzione del luogo di installazione, classe termica di funzionamento (temperatura massima raggiungibile dagli avvolgimenti a regime) e classe termica di isolamento (uso di materiali più performanti termicamente corrisponde normalmente a temperature più alte raggiungibili dal trasformatore). Ulteriori caratteristiche possono essere l’altitudine di installazione, la temperatura dell’ambiente, il servizio continuo o intermittente in funzione delle quali è possibile operare un eventuale declassamento dei dati di targa del trasformatore.

I trasformatori di isolamento possono essere classificati in base a diversi criteri:

• Trasformatori per UPS (gruppi di continuità): I trasformatori per UPS sono impiegati nei sistemi di conversione AC/DC e DC/AC (inverter), svolgendo un ruolo cruciale nella continuità dell’alimentazione e nella stabilità del sistema elettrico.
• Trasformatori per applicazioni mediche: Gli impianti elettrici in ambito medico richiedono soluzioni ad alta affidabilità sia in termini di performance che di sicurezza, in conformità con la norma IEC 61558-2-15. I trasformatori di isolamento per il settore medicale garantiscono un’alimentazione sicura nei sistemi IT elettrici, che operano isolati dalla terra, monitorando l’isolamento e riducendo al minimo i rischi di guasto per mantenere la continuità operativa. L’impiego di questi trasformatori è essenziale per prevenire cortocircuiti, scariche elettriche e interferenze che potrebbero compromettere la sicurezza dei pazienti e l’integrità delle apparecchiature. Tra i dispositivi medici che beneficiano dell’uso di trasformatori di isolamento ci sono apparecchiature per imaging, apparecchiature chirurgiche, sistemi di monitoraggio, dispositivi terapeutici e strumenti diagnostici, tutti elementi cruciali in ambito sanitario che richiedono alimentazione stabile e sicura.
• Trasformatori di isolamento per impianti fotovoltaici: Questi trasformatori sono fondamentali per separare e proteggere il sistema fotovoltaico dalla rete elettrica. Le loro principali funzioni sono molteplici: anzitutto, creano una separazione elettrica tra il sistema fotovoltaico e la rete, riducendo il rischio di danni alla rete causati da guasti o disturbi provenienti dal sistema fotovoltaico, e allo stesso tempo consentono l’adattamento della tensione generata dai pannelli solari, rendendola compatibile con quella della rete elettrica locale, favorendo così una connessione sicura. Inoltre, i trasformatori di isolamento offrono una protezione contro i guasti a terra, impedendo che le correnti di guasto provenienti dalla rete raggiungano la parte in corrente continua, contribuendo così a una maggiore sicurezza per gli operatori e a una riduzione significativa del rischio di incendi. Infine, ottimizzano l’efficienza del sistema fotovoltaico, riducendo al minimo le perdite energetiche nella trasmissione dell’energia alla rete e garantendo un incremento della sostenibilità economica dell’impianto.
• Trasformatori di isolamento per carichi non lineari: Questi trasformatori sono progettati per affrontare le problematiche derivanti dai carichi non lineari, che generano elevate armoniche. Tra i carichi non lineari più comuni troviamo computer, azionamenti a velocità variabile, inverter e saldatrici. Le armoniche prodotte da questi dispositivi aumentano il valore efficace della corrente, con conseguente incremento delle perdite Joule nel sistema.

I principali vantaggi

L’impiego di un trasformatore di isolamento offre numerosi benefici, tra cui:

• Sicurezza elettrica, elimina i percorsi diretti per le correnti di dispersione, riducendo il rischio di folgorazione.
• Riduzione delle interferenze, attenua i disturbi elettrici e radiofrequenza, migliorando la qualità del segnale nei sistemi elettronici sensibili.
• Protezione dalle sovratensioni per limitare il passaggio di sovratensioni accidentali, prevenendo danni agli apparecchi collegati.
• Migliore affidabilità degli impianti che prolunga la durata degli apparecchi elettrici riducendo il rischio di guasti e malfunzionamenti.
• Efficienza energetica, grazie ai materiali di ultima generazione, i trasformatori di isolamento minimizzano le perdite di energia.

Materiali e tecnologia costruttiva

I trasformatori di isolamento sono costruiti con materiali di alta qualità per garantire la massima efficienza e durata nel tempo. Tra i componenti principali troviamo:

• Nucleo in lamierini magnetici a basse perdite che riduce le dispersioni di energia.
• Avvolgimenti in rame o alluminio, per garantire una maggiore conducibilità e resistenza.
• Resine isolanti ad alta tenuta dielettrica, per migliorare la protezione contro sovratensioni e scariche atmosferiche.

Applicazioni nei settori industriali

I trasformatori di isolamento trovano impiego in molteplici ambiti industriali.

• Settore medicale: negli ospedali e nelle cliniche, vengono utilizzati per garantire la sicurezza elettrica delle apparecchiature elettromedicali.
• Automazione industriale: nei processi di produzione, proteggono i macchinari e i controlli elettronici da disturbi e sovratensioni.
• Settore IT e telecomunicazioni: migliorano la stabilità dei sistemi informatici riducendo le interferenze elettromagnetiche.
• Cantieri e impianti temporanei: forniscono protezione nelle installazioni provvisorie dove la sicurezza elettrica è prioritaria.
• Settore ferroviario e trasporti: assicurano la protezione dei circuiti di segnalamento e alimentazione.

Normative internazionali e UE

I trasformatori di isolamento devono rispettare specifiche normative di sicurezza e qualità per garantire il funzionamento sicuro ed efficiente. Alcune delle principali normative di riferimento includono:

• CEI EN 61558-1 (CEI 96-3). Sicurezza dei trasformatori, delle unità di alimentazione e similari. Parte 1: Prescrizioni generali e prove. Tratta tutti gli aspetti relativi alla sicurezza (sia essa elettrica, termica o meccanica) di trasformatori di sicurezza e trasformatori di isolamento, fissi o mobili, monofase o polifase, raffreddati ad aria (naturale o forzata) con una tensione primaria nominale non superiore a 1000 V in c. a., una frequenza nominale non superiore a 1 MHz ed una potenza nominale non superiore a 25 kVA per trasformatori monofase di isolamento, 40 kVA per trasformatori polifase di isolamento, 10 kVA per trasformatori monofase di sicurezza e 16 kVA per trasformatori polifase di sicurezza. La tensione secondaria a vuoto e la tensione secondaria nominale non superano 500 V in c.a. o 708 V in c. c. piatta per i trasformatori di isolamento e 50 V in c. a. valore efficace e/o 120 V in c. c. piatta tra i conduttori o tra un qualsiasi conduttore e la terra per i trasformatori di sicurezza.
• CEI EN 61558-2-4. Sicurezza dei trasformatori, delle unità di alimentazione e similari Parte 2-4: Prescrizioni particolari per trasformatori d’isolamento per uso generale. Si applica a trasformatori di isolamento, associati o non, a raffreddamento ad aria, fissi o mobili, monofase o polifase, con tensione primaria nominale non superiore a 1000 V in corrente alternata e frequenza nominale non superiore a 500 Hz, di potenza nominale non superiore a 25 kVA se trasformatori monofase e 40 kVA se trasformatori polifase. In questa normativa sono indicati anche i simboli dei trasformatori di isolamento e di sicurezza non resistenti al cortocircuito:
  

  Simbolo di Trasformatore di isolamento non resistente al cortocircuito.

• CEI EN 61558-2-15. Sicurezza dei trasformatori, delle unità di alimentazione e similari. Parte 2-15: Prescrizioni particolari per trasformatori di isolamento per alimentazione di locali ad uso medico. Questa Norma si applica ai trasformatori di isolamento fissi, monofase o polifase, raffreddati ad aria (naturale o forzata), destinati ad alimentare locali ad uso medico di gruppo II, progettati per essere permanentemente collegati al cablaggio fisso e previsti per costituire il sistema IT dal lato secondario, aventi una tensione primaria nominale non superiore a 1 kV in corrente alternata e una frequenza nominale non superiore a 500 Hz. La potenza nominale non deve essere inferiore a 0,5 kVA e non superiore a 10 Kva. Simboli indicati da questa parte della normativa:
  

  Simbolo di Trasformatore di isolamento non resistente al cortocircuito per alimentazione di locali ad uso medico.

• CEI EN 60076-1. Trasformatori di potenza monofasi e trifasi (anche auto-trasformatori).
• Regolamento UE n. 548/2014. Questo regolamento definisce i requisiti di efficienza energetica nella progettazione dei trasformatori di potenza piccoli, medi e grandi, indicando le perdite massime a carico e a vuoto che devono essere rispettate dalle varie tipologie di trasformatori.

Sicurezza e stabilità degli impianti elettrici

I trasformatori di isolamento rappresentano una soluzione essenziale per garantire la sicurezza e la stabilità operativa degli impianti elettrici. Il loro impiego consente di proteggere le apparecchiature sensibili, prevenire guasti e migliorare l’affidabilità delle reti elettriche in numerosi settori industriali. Per ottenere prestazioni ottimali, è fondamentale scegliere il trasformatore più adatto alle proprie esigenze e affidarsi a fornitori esperti del settore.

IEI SRL, grazie alla sua esperienza nel settore, offre un servizio di noleggio di container attrezzati con trasformatori di isolamento, una soluzione ideale per installazioni temporanee o situazioni di emergenza. Uno dei modelli a disposizione è specifico per il settore navale, dotato di un trasformatore di isolamento, ideale per le esigenze particolari di alimentazione e protezione nelle imbarcazioni.

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Alcune FAQ

A cosa serve il trasformatore di isolamento?
Un trasformatore di isolamento serve principalmente per separare galvanicamente un circuito elettrico da un altro.

Che cos’è la tensione di isolamento?

La tensione di isolamento rappresenta la tensione massima che può essere applicata ad un componente elettrico senza che si verifichi una scarica distruttiva.

Come funziona il trasformatore di isolamento?

Il trasformatore di isolamento funziona mediante il principio di induzione elettromagnetica, fornendo un isolamento galvanico tra due circuiti.

Come si riconosce un trasformatore di isolamento?

Un trasformatore di isolamento si riconosce principalmente dai dati di targa che indicano la dicitura “trasformatore di isolamento” e dalla relativa simbologia conforme alla norma CEI EN 61558.

Come proteggere un trasformatore di isolamento?

Un trasformatore di isolamento si protegge dai sovraccarichi e cortocircuiti mediante fusibili o interruttori automatici lato primario e secondario, dalle sovratensioni mediante SPD (surge protection devices) e dalla sovratemperatura mediante sistemi di monitoraggio e di supervisione.

Dove viene usato il trasformatore di isolamento?

Il trasformatore di isolamento può essere usato per vari usi tra i quali: data center, impianti fotovoltaici e sistemi di accumulo, ferrovie e metropolitane, settore medicale, settore marittimo, per raddrizzatori e UPS, per usi industriali.

Perché usare un trasformatore di isolamento?

L’uso di un trasformatore di isolamento permette di isolare galvanicamente due circuiti elettrici, attenuare disturbi e componenti armoniche, permette l’isolamento dei guasti a terra, l’adattamento della tensione di rete alla tensione del carico, la protezione aggiuntiva contro gli sbalzi di tensione e sovratensioni, la limitazione della corrente di cortocircuito.