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sovratensioni

Le sovratensioni possono essere:

� Generate internamente all’impianto� Generate esternamente

Sovratensioni di origine interna

� A frequenza di esercizio� A regime oscillatorio� A carattere impulsivo

Sovratensioni di origine interna A frequenza di esercizio

� Per messa a terra permanente di una fase� In un sistema trifase con neutro isolato la

tensione verso terra è la stellata

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Per messa a terra permanente di una fase

� In caso di guasto a terra di una fase la tensione della fase guasta assume valore zero mentre le altre due assumono valore pari a V=√3 E

� E’ una sovratensione non pericolosa perché è modesta la sovratensione 73% di incremento e comunque permane fino alla segnalazione del guasto

Sovratensioni di origine interna A frequenza di esercizio

� Distacco improvviso di un carico a fine di una linea in AT

Gs carico

Distacco improvviso di un carico

� La tensione passa dal valore a carico a quello a vuoto con incremento del 30%

� La linea AT si comporta come un carico capacitivo per l’alternatore con conseguente azione magnetizzante ed incremento ulteriore di tensione.

Gs

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Distacco improvviso di un carico

� Inoltre venendo a mancare il carico alla turbina, vi è un aumento della velocità

� La velocità limite è 1,8 – 3,5 volte quella nominale dopo l’alternatore si distrugge

� Aumentando la velocità aumenta proporzionalmente la tensione

� Devono quindi intervenirele protezioni sia sulla parte elettrica che su quella meccanica

Rotore a poli salientip = 2

Avvolgimento

Linee del campo B

Poli sagomati

n: velocità di rotazione del rotore (giri al min)ωr: velocità angolare (rad al sec)f: frequenza (Hz)τ: semipasso polare (m)

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n2f2r

π=π=ω

)tpcos(BB rMr ω=Campo magnetico rotorico visto da un conduttore statorico:

rr rLBE ω=f.e.m. indotta sul conduttore di una cava di statore:

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� la presenza di corrente erogata in quadratura in anticipo determina una sopraelevazione della tensione d'uscita e ciò concorda con l'effetto sovramagnetizzante dovuto a tale corrente.

Sovratensioni a carattere interno di natura oscillatoria

� Sovratensioni per archi a terra

Sovratensioni per archi a terra

� Lungo le linee AT può succedere per cedimento dell’isolante o per un contatto con un ramo di un albero, si origina un arco che si richiude a terra.

� Oltre all’incremento a regime giàanalizzato delle fasi sane, si possono creare delle oscillazioni transitorie causate dagli scambi energetici tra i condensatori

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Sovratensioni per archi a terra

La sovratensione può raggiungere 2,5 volte il valore massimo

Si rimedia collegando il neutro a terra (AT) in modo che il valore elevato delle correnti assuma valore tale da determinare l’intervento delle protezioni

Sovratensioni per apertura di interruttori

� Nel caso di linee AT gli effetti capacitivi non sono trascurabili si vengono a determinare degli scambi energetici con le induttanze.

� Si determinano cioèfenomeni transitori tipici dei circuiti RLC con picchi di anche di 3-4 volte il valore massimo.

A carattere impulsivo

� Si verificano a causa della chiusura di interuttori su linee aperte

� In questo caso la linea è completamente disadattata e si verificano onde riflesse di tensione e di corrente di valore 2 volte valore massimo

Gslinea a vuoto

Onda direttaOnda riflessa

� Una sovratensione è una tensione ad andamento impulsivo che si sovrappone al normale livello di tensione nominale della linea

Un impulso 1,2/50 è riferita a T1/T2 cioè T1=1,2 µs e T2=50 µs

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Sovratensione a carattere esterna

� A formazione lenta

sono dovute a fenomeni elettrostatici

� A formazione impulsivasono dovuti a scariche atmosferiche

Il campo elettrico èrafforzato dalla presenza di elementi in rilievo rispetto al suolo

Sovratensione a carattere esterna:A formazione lenta

� Le sovratensioni si generano quando la nube transita in corrispondenza di linee elettriche ma è bilanciata dalla carica della nube

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� Le cariche elettriche, localizzate nelle stratificazioni inferiori della nuvola, determinano la migrazione di cariche di segno opposto sulle linee sottostanti.

� Il sistema resta stabile finché la nuvola non scarica verso terra e viene a mancare la forza attrattiva sulle cariche che si erano accumulate lungo la linea.

� Conseguentemente si manifesta una sovratensione che si propaga con forma d'onda impulsiva lungo i conduttori .

� Gli effetti di queste sovratensioni possono risultare nocivi soprattutto sulle linee a media tensione piuttosto che su quelle ad alta tensione.

Sovratensione a carattere esterna:A formazione lenta

� Se la linea non è connessa in qualche punto a terra, si manifesta un’onda impulsiva, che si propaga lungo la linea sono innocue in AT mentre possono essere pericolose in MT.

Sovratensione a carattere esterna

� A formazione impulsiva: � sono dovuti a scariche atmosferiche

dirette o indirette.

Per meglio chiarire il principio di scarica riferiamoci all'esempio di uno tra i fulmini più diffusi, il fulmine discendente

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1 - A causa dell'intenso campo elettrico e della rarefazione dell'aria il fulmine potrebbe avere inizio dalla parte bassa della nube. Inizia con una saetta che si propaga a zig-zag verso terra a sbalzi successivi di 30-50 m.2 - La saetta influenzata dall'azione del campo elettrico si carica di particelle elettriche e favorisce la formazione di un canale ionizzato di forma ramificata.

3- La scarica prosegue fino ad arrivare in prossimità del suolo. Il campo elettrico diventa così elevato da favorire fenomeni di effluvio (o scintille) finché uno di questi (canale di controscarica della lunghezza di alcune decine di metri) non entrerà in contatto col canale discendente. 4- Il contatto tra il canale discendente e di controscarica si manifesta come un arco elettrico molto luminoso (scarica di ritorno). La rapida espansione dell'aria provocata dall'energia termica generata dal fulmine favorisce la formazione del tuono..

Fulminazione diretta

� A fronte ripido - Sono caratterizzate da una forma d'onda a fronte di salita ripido e fronte di discesa lento e sono provocate dai fenomeni di fulminazione atmosferica sia diretta che indiretta.

� La fulminazione diretta ha effetto sulla linea o sulle apparecchiature (gli impulsi di corrente si possono propagare fino alle abitazioni) e presenta la medesima forma d'onda di tipo impulsivo della corrente di fulmine. Il valore massimo di questa sovratensione è normalmente compreso tra 1000 e 5000 kV essendo il valore di cresta dell'onda della corrente di fulmine stimabile tra alcune migliaia di ampere fino a oltre i cento kiloampere.

Fulminazione diretta

� L’impedenza caratteristica Zo = 500 -400 ohm, se consideriamo un fulmine da 1000 A l’onda si tensione vale Vo=Zoxi/2=250 kV

i/2 i/2

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Fulminazione diretta

� La fulminazione diretta ha effetto sulla linea o sulle apparecchiature gli impulsi di corrente si possono propagare fino alle abitazioni

fulminazione indiretta � La corrente di fulmine non percorre l'impianto ma il campo

elettromagnetico conseguente, variabile nel tempo con la stessa legge con cui varia la corrente di fulmine, interessa tutti i conduttori generando delle sovratensioni che si propagano per conduzione. Le sovratensioni che si sono formate sui conduttori creano a loro volta un campo magnetico provocando sui conduttori stessi l'insorgere di

una sovratensione.

Misure di protezione

� Preventive:� Coordinamento dell’isolamento con le

sovratensioni� Per le fulminazioni dirette si ricorre alla

fune di guardia

Fune di guardia

Misure di protezione

� Repressive:� Scaricatori di sovratensione:

� Spinterometri� Ad espulsione

� A resistenza non lineare

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scaricatori

� Lo scaricatore è costituito da due elettrodi uno collegato alla rete e uno verso terra.

� Quando la sovratensione supera la tensione del dispositivo, si genera una scarica che convoglia a terra la sovratensione proteggendo le apparecchiature.

Spinterometri� A corna o ad asta� Poste alla distanza d pari alla tensione di

innesco

d

� ad espulsione usati in MT:� Sono costituiti da uno spinterometro

interno e uno esterno posto dentro un tubo isolante ricoperto da una speciale sostanza organica che sottoposta ad arco sprigiona una notevole quantità di gas.

ad espulsione

La scarica genera gas che estingue l’arco a terra

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A resistenza non lineare Varistore

� - Si tratta di un dispositivo ad ossido di zinco o carburo di silicio molto diffuso sul mercato

� . Quando è sottoposto alla tensione di esercizio presenta un'impedenza molto elevata che si riduce, tendendo a zero, al crescere della tensione. Si determina in tal modo un vero e proprio corto circuito che favorisce la rapida dispersione della corrente verso terra con la tensione ai capi del varistore che si mantiene praticamente costante. Si utilizza in condizioni non particolarmente severe: correnti di scarica dell'ordine dei 10-15 kA con impulso 8/20 microsecondi