Università degli studi di Padova Dipartimento di ingegneria elettrica

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Università degli studi di PadovaDipartimento di ingegneria elettrica

G.Pesavento

Sovratensioni di manovra

Evento Punto considerato Valore massimo della sovratensione(p.u.)

Chiusura di linee in assenza di mezzi di controllo

All’estremità di manovra 2 ÷ 2,5

All’estremità aperta 2,4 ÷2,8

Richiusura trifase in assenza di mezzi di controllo

All’estremità di manovra 2,3÷ 3

All’estremità aperta 3 ÷3,7

Richiusura monofase in assenza di mezzi di controllo

All’estremità di manovra 1,5÷ 1,8

All’estremità aperta 1,8 ÷ 2,4

Chiusura di linee e richiusura trifase con interruttori dotati di resistore di preinserzione

All’estremità di manovra 1,6 ÷ 1,8


Chiusura di linee e richiusura trifase con interruttori dotati di più resistori di preinserzione

All’estremità di manovra 1, 2 ÷ 1,4


Apertura di linee a vuoto senza riadescamenti

Lato linea dell’interruttore manovrato

1,3

Apertura di linee a vuoto con riadescamenti

Valori confrontabili con quelli della richiusura trifase in assenza di mezzi di controllo

Apertura di trasformatori a vuoto Lato trasformatore manovrato 2 ÷ 2,3

Lato sbarre 1

2


G.Pesavento

Tensionedi

esercizio1

Isolamenti non protettida scaricatore

Isolamenti protettida scaricatore

Caratteristichedel

sistema elettrico

2

Proporzionamento degliisolamenti alla tensione

di esercizio ed alle sovratensioni sostenute

5

Valutazioni dellesovratensioni

sostenute

3

Proporzionamentodegli

scaricatori6

Proporzionamentodegli isolamenti

protetti dascaricatori alle

sovratensioni dimanovra e

atmosferiche

7

Proporzionamentodegli isolamentinon protetti dascaricatore alle

sovratensioni dimanovra

8

Valutazione dellesovratensioniatmosferiche

11

Proporzionamentodegli isolamentinon protetti dascaricatore alle sovratensioniatmosferiche

12

Caratteristichedel

fulmine9

Caratteristiche deisistemi di terra e di

guardia10

Valutazioni dellesovratensioni

sostenute

4

Eve

ntua

li m

odif

iche

del

sis

tem

a

Eve

ntua

li m

odif

iche

del s

iste

ma

Eve

ntua

li m

odif

iche

del

sis

tem

a

3


G.Pesavento

Sovratensioni sostenute

Le sovratensioni sostenute sono transitori oscillanti poco smorzati a frequenza di rete, o prossima ad essa con durate che possono variare, secondo i dispositivi di protezione esistenti, da pochi periodi fino a qualche secondo. La loro importanza sta nel fatto che il loro valore massimo può condizionare il livello di protezione di alcuni tipi di scaricatori che non debbono intervenire al loro presentarsi, data l'energia che sarebbero chiamati ad assorbire. Esse, inoltre, possono risultare determinanti nella scelta dell'isolamento in atmosfera contaminata.• improvvise perdite di carico• disinserzione di carichi induttivi o inserzione di carichi capacitivi• chiusura di linee a vuoto• guasti monofase a terra• fenomeni di risonanza e autoeccitazione.

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In generale le sovratensioni atmosferiche non finiscono mai con il prevalere nel dimensionamento degli isolamenti; ciò è provato dal fatto che gli isolamenti degli impianti differiscono molto quando le tensioni del sistema sono diverse, ma assai poco quando i livelli ceraunici sono diversi. Infatti per ridurre il rischio di scarica dovuto a sovratensioni atmosferiche, si possono conseguire risultati migliori riducendo queste ultime, piuttosto che rinforzando l'isolamento; ciò si ottiene perfezionando i sistemi di guardia (parafulmini, funi di guardia) ed i sistemi di terra. Chi determina quindi l'isolamento di un sistema elettrico sono le sovratensioni interne (sostenute e di manovra) oltreché, naturalmente, la tensione di esercizio; ma poiché le sovratensioni interne dipendono dalle caratteristiche del sistema è sempre possibile modificare il sistema in modo da ridurle, come indicato nello schema a blocchi. Naturalmente tali modifiche saranno realizzate solo quando il loro costo risulti inferiore alle economie realizzabili sull'isolamento e ciò può accadere solo fino al momento in cui l'isolamento è determinato dalla tensione di esercizio. Questa sollecitazione dielettrica torna quindi ad essere il vero fattore determinante degli isolamenti di un sistema.

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Correnti di fulmine e frequenza di fulminazione

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G.Pesavento

Distribuzione cumulata dei valori di picco. 1) tutti i valori raggruppati 2) tutte le scariche negative;

3) prime scariche negative 4) scariche negative successive; 5) scariche positive

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G.Pesavento

Pendenze massime delle correnti1) tutti i valori raggruppati; 2) tutte le scariche negative; 3) prime scariche negative; 4) scariche negative successive; 5) scariche positive

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G.Pesavento

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G.Pesavento

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G.Pesavento

Z

P

Caso A

R

Caso B

Z

Fulminazione di linea senza fune di guardia

Se if (t) è la corrente di fulmine, la tensione verso terra del punto P risulterà vP (t) = Z/2 · if (t)

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G.Pesavento

vi

v(t)

t

Rif(t)

if(t)2z

Sovratensione dopo la scarica di una catena di isolatori

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G.Pesavento

2

ZR

2

ZR

IV f

Fulminazione diretta di un traliccio

2

ZR

2

ZR

IVg

g

f

Fulminazione su linee con fune di guardia

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Il modello elettrogeometrico

Questo tipo di modello si basa sul concetto di “distanza di impatto” o “striking distance”, ossia la distanza che si ha tra la punta del leader discendente e una struttura a terra quando il campo elettrico medio in essa raggiunge il valore critico di scarica. Finché il leader non arriva a tale distanza da una struttura a terra il punto di impatto del fulmine non è ancora definito. Il valore critico del campo medio di scarica viene valutato dai diversi autori tra 3 e 6 kV/cm. Detta S la striking distance, è possibile costruire la figura 9.10, nella quale G e C rappresentano, rispettivamente, la fune di guardia e il conduttore di fase, l’angolo di schermatura, c ed h la posizione reciproca dei diversi elementi.

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G.Pesavento

wp

h

C

c

S

S

G

S

ws

A

B

D

Il valore S della striking distance dipende dalla carica nel leader che, a sua volta, è legata in qualche modo al valore massimo If della corrente del fulmine. Le relazioni tra S e If proposte dai vari autori sono del tipoe la più usata è

con S espressa in metri e If in kA.

IAS bf

IAS bf

I6,7S 0,8f

I6,7S 0,8f

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Fissata la posizione di fune di guardia e conduttore, ossia i valori di c, e h, all’aumentare della corrente, e quindi di S, il valore di ws diminuisce fino ad annullarsi per un certo valore Im; un fulmine con corrente superiore a Im non colpirà mai il conduttore. Se Ng è il numero di fulmini che cadono al suolo per km2 e per anno nella zona in cui esiste la linea ed f(If) è la funzione densità di probabilità dei valori della corrente di fulmine, il numero N, per km2 e per anno, di fulminazioni dirette di un conduttore di fase della linea

dI)I(f)I(I

Iws2NN

m

c

g

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G.Pesavento

Wp

df

ds1

P1

v-

v+

H

2

C

Modelli basati sulla propagazione del leader

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G.Pesavento

tO

A

BD

C

X

V

Esempio di caratteristiche tensione di scarica-tempo alla scarica

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TABELLA I

Tensione massima

di un elemento del sistema [kV]

Tensione nominale

di tenuta a frequenza industriale

[kV]

Tensione nominale di tenuta ad impulso

atmosferico [kVcresta]

3,6 10 20 40

7,2 20 40 60

12

28

60 75 95

17,5 (*) 38 75 95

24 50 95 125 145

36 70 145 170

52 (*) 95 250

72,5 140 325

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TABELLA II

Tensione massima


Tensione nominale

di tenuta a frequenza industriale

[kV]



100 (*) 150

185 380 450

123 185 230

450 550

145

185 230 275

450 550 650

170

230 275 325

550 650 750

245

275 325 360 395 460

650 750 850 950 1050

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TABELLA III

Tensione massima


Tensione nominale

di tenuta ad impulso di manovra

[kVcresta]



750 850 950

300 (*)

850 950 1050

850 950 1050

362

950 1050 1175

850 1050 1175

950 1175 1300

420

1050 1300 1425

950 1175 1300

1050 1300 1425

550

1175 1425 1550

1300 1675 1800

1425 1800 1950

800

1550 1950 2100

1425 1950 2100

1550 2100 2250

1675 2250 2400

1100

1800 2400 2500

1675 2100 2250

1800 2250 2400

1200 (**)

1950 2500 2700

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