Cause ed effetti delle sovratensioni di origine interna · RETI MT DI DISTRIBUZIONE Trento, 30...

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Cause ed effetti delle sovratensioni di origine interna

prof. ing. Maurizio Fauri

Università degli Studi di TrentoPolo Tecnologico per l’Energia srl

Seminario

CRITERI PER IL COORDINAMENTO

DEGLI ISOLAMENTI NELLE

RETI MT DI DISTRIBUZIONE

Trento, 30 novembre 2012


Le sovratensioni si possono suddividere in due categorie fondamentali:

1. di origine esterna (o atmosferica)

2. di origine interna, che a loro volta si possono distinguere tra:

2.a - sovratensioni di manovra

2.b - sovratensioni sostenute

Introduzione


Le sovratensioni di origine esterna o atmosferica sono caratterizzate da andamento impulsivo di durata molto breve (decine o centinaia di microsecondi) e presentano dei livelli energetici e di tensione non correlati ai valori nominali del sistema elettrico colpito

1 - Sovratensioni di origine esterna

Fulminazione direttaFulminazione indiretta (sovratensioni indotte in linea)


La fulminazione diretta su un conduttore di linea origina due onde di tensione che si propagano in versi opposti


L’installazione di una fune di guardia realizza una efficace schermatura contro la fulminazione diretta dei conduttori di fase all’interno di una zona compresa

entro un angolo α di (30÷40)°


Vc

Vc / 2

tf tc

t

V

( )tt0 eeV)t(v β−α− −=

(valore di cresta)

La forma d’onda viene caratterizzata dal rapporto tf / tc(ad es. onda 1,2/50 µs)

Le sovratensioni atmosferiche vengono simulate con tensioni impulsive doppio-esponenziali:

(tempo di coda)(tempo di fronte)



2 - Sovratensioni di origine interna

Le sovratensioni interne hanno un minore contenuto energetico, rispetto alla sovratensione atmosferiche (esterne), ma si manifestano molto più frequentemente

Le sovratensioni di manovra sono caratterizzate da un andamento nel tempo di tipo oscillatorio smorzato con frequenze del’ordine delle centinaia o delle migliaia di Hertz(inserzione e disinserzione di linee a vuoto, disinserzione di trasformatori a vuoto, interruzione di corti circuiti, ecc.)

Le sovratensioni sostenute si verificano alla frequenza di 50 Hz o a frequenze armoniche a causa di configurazioni anomale di rete od a seguito di guasti(brusco distacco di carico, effetto Ferranti, autoeccitazione delle macchine sincrone, guasto a terra, ecc.)


Nei sistemi di potenza, le commutazioni di interruttori, trasformatori, motori e in generale di carichi induttivi o l’improvvisa modifica del carico provocano repentine variazioni (di/dt) di corrente e generano sovratensioni transitorie definite come sovratensioni di manovra che sono caratterizzate da un andamento nel tempo di tipo oscillatorio smorzato con frequenze del’ordine delle centinaia o delle migliaia di Hertz

2.a - Sovratensioni di manovra


Le sovratensioni di manovra assumono particolare importanza nel dimensionamento dei sistemi di potenza

Sono principalmente provocate da:

• inserzione e disinserzione di linee a vuoto (aeree o in cavo)

• chiusure e richiusure a seguito di apertura

• disinserzione di trasformatori a vuoto

• interruzione di corti circuiti

I valori di picco e le forme d’onda delle sovratensioni di manovra dipendono delle caratteristiche del sistema elettrico e dell’elemento che provoca il transitorio

2.a - Sovratensioni di manovra


Esempio di sovratensione di manovra

e(t)

+

v(t)

+

/2L*1L

C

/2L*

e(t)+

v(t)

+

/21L + L*

C

v(t) = vp + vt

vp = k EM cos (ω t) = VM cos (ω t)

e (t) = EM cos (ω t) vt = A sen (µ0 t) + B cos (µ0 t)

k = = =- 1/ωC

(ωL - 1/ωC)

1

1 – ω 2 LC

1

1 – ω 2/µ02

Sovratensione per inserzione di linea a vuoto



e(t)+

v(t)

+

/21L + L*

Cvt = A sen (µ0 t) + B cos (µ0 t)

A = 0 B = - VM

Per il termine transitorio

nel caso di capacità scarica e corrente iniziale nulla si ottiene:

da cui:

vp

vt

v(t) = vt + vp = VM cos (ω t) - VM cos (µ0 t)





e(t)+

v(t)

+

/21L + L*

C

A = - VM ω/µ0 B = 0

Se invece la chiusura dl circuito avviene quando la tensione e(t) passa per lo zero, si ottiene

da cui:vp

vtv(t) = vt + vp = VM cos (ω t) - VM cos (µ0 t)


2.b - Sovratensioni sostenute

La durata delle sovratensioni sostenute è limitata dall’intervento automatico o manuale dei sistemi di protezione che ne eliminano le cause

La loro durata può quindi variare da pochi periodi a pochi secondi

Sono principalmente provocate da:

• guasto a terra (di una o due fasi)

• brusche riduzioni del carico

• effetto Ferranti

• ferrorisonanza

• risonanza su armoniche

• autoeccitazione degli alternatori


Esempio di sovratensione sostenuta

Sovratensione a 50 Hz per guasto fase-terra

Una condizione di funzionamento trifase non simmetrica si può studiare con l’ausilio della teoria delle componenti simmetriche

Nel caso di un guasto fase-terra, i circuiti equivalenti monofase delle sequenze diretta, inversa e zero si collegano in serie tra loro

Da cui si ottiene:

+vE

.

iZ

0Z

dZ”.

.

.

iI

0I

dI.

.

.

Iguasto= I 0 + I d + I i =3 Ev

Z” d + Zi + Z0

.. . . .

. . .


Esempio di sovratensione sostenuta

Sovratensione a 50 Hz per guasto fase-terra

Z0 = impedenza

alla sequenza zero

Z” d = impedenza subtransitoria

alla sequenza diretta

Z0

Z” d

m0 =

.

..

e2 =E2

Ev

..

.

(α2 -1) m0 + (α2 - α) m1

.

. .

m0

e = fattore diguasto a terra

Zi

Z” d

mi = ≈ 1

.

..

1 + m0 + m1

.

e2 =.

1,4


Conclusioni

Rispetto alla sovratensione atmosferiche (esterne), le sovratensioni interne hanno un minore contenuto energetico, ma si manifestano molto più frequentemente

La loro breve durata, il brusco fronte di salita ed il valore di cresta (che può raggiungere diversi kV), provocano un logorio prematuro delle apparecchiature

Dal punto di vista delle sovratensioni, la fulminazione diretta ècomunque quella che comporta il rischio più elevato


Conclusioni

La consapevolezza delle vere motivazioni per cui

“salta la corrente”aiuta ad affrontare con maggiore serenità il problema……

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