SOVRATENSIONI DI ORIGINE ATMOSFERICA SULLE RETI MT: correlazione tra guasti in rete e scariche atmosferiche

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1 SOVRATENSIONI DI ORIGINE ATMOSFERICA SULLE RETI MT: correlazione tra guasti in rete e scariche atmosferiche Marina Bernardi CESI S.p.A. B.U. Ambiente Stefano Malgarotti CESI S.p.A. B.U. Rete 1 - Milano, 19 Marzo 2003 Torna al sommario

2 Sommario della presentazione Il Fulmine e le reti elettriche Metodi di protezione classici Studi e Progetti in corso Esempio di Correlazione tra sovratensioni Indotte da Fulmine e Guasti nei Sistemi di Distribuzione LLS e LIOV-EMTP come strumenti per la qualità e il miglioramento del servizio 2 - Milano, 19 Marzo 2003 CESI

3 DA IEC ed.1 /CDV 3 - Milano, 19 Marzo 2003

4 Le sovratensioni atmosferiche nelle reti MT possono essere classificate in: sovratensioni dovute a fulminazione diretta sovratensioni dovute a fulminazione indiretta U (kv) FULMINAZIONI DIRETTE 600 m dal punto colpito con un fulmine di media ampiezza (30 ka) t (µs) Milano, 19 Marzo 2003

5 Probabilità che venga superato il il valore 95% 50% 5% Colpo Primo Succ. Primo Succ. Primo Succ. Picco di corrente (ka) [di/dt] max (ka/µs) Nd (Eventi all'anno ogni 100 km) K 0 =1, N g =1, b=2 m H (m) 5 - Milano, 19 Marzo 2003

6 FULMINAZIONI INDIRETTE La modellazione accurata delle sovratensioni indotte è piuttosto complessa e viene effettuata mediante un apposito programma di calcolo denominato LIOV La distanza minima per cui un fulmine colpisce il suolo invece della linea dipende: dall altezza della linea dall ampiezza della corrente del fulmine 6 - Milano, 19 Marzo 2003

7 Parametri della tensione indotta da un colpo iniziale e successivo ritorno (dato statistico al 50%) Posizione ravvicinata (50m) Primo colpo Colpo succ. Posizione distante (1km) Primo colpo Colpo succ. Up [kv] (du/dt) [kv/µs] max tt [µs] da da zero al al picco t [µs] 50% Milano, 19 Marzo 2003

8 PROTEZIONE CONTRO LE SOVRATENSIONI Gli apparecchi di protezione contro le sovratensioni appartengono a due categorie principali: spinterometri scaricatori a ossidi metallici, prevalentemente ossido di zinco (ZnO), a caratteristica non lineare 8 - Milano, 19 Marzo 2003

9 BENEFICIO ATTESO DALLA SOSTITUZIONE DI SPINTEROMETRI CON SCARICATORI G = N ' sp int N scar p ( I m I m ) N sp int = I pd + I pi + I pi + p I m I ' pi 9 - Milano, 19 Marzo 2003

10 Il vantaggio G è legato al diverso comportamento della linea (con spinterometri e con scaricatori) in vicinanza della cabina e, all aumentare della distanza tra una cabina e la successiva, G diminuisce ISOLATORI RIGIDI Vantaggio sostituzione spinterometri-scaricatori p=1 p=0.5 p=0 Distanza tra cabine (m) 10 - Milano, 19 Marzo 2003

11 QUAFOR (QUAlità della FORnitura) INDIVIDUAZIONE E APPLICAZIONE DI METODOLOGIE STRUMENTI DI ANALISI TECNICA SOLUZIONI INNOVATIVE NELL AMBITO DELLA QUALITÀ DEL SERVIZIO Sito internet sulla Qualità del Servizio Indagine conoscitiva sulla qualità dell'alimentazione elettrica nelle utenze industriali - in collaborazione con il Prof. Prudenzi dell Università dell Aquila 11 - Milano, 19 Marzo 2003

12 Aree Tematiche 1 DISTURBI 2 MITIGAZIONE DISTURBI 3 FENOMENI METEOROLOGICI 4 MISURE 12 - Milano, 19 Marzo 2003

13 DISTURBI Indagine sulla normativa degli indicatori della qualità del servizio Analisi della qualità della tensione fornita agli utenti con riferimento ai principali disturbi MITIGAZIONE DISTURBI Individuazione del campo di applicazione di dispositivi di elettronica di potenza per le reti di distribuzione e trasmissione Messa a punto modelli raffinati per la simulazione del comportamento delle reti in presenza dei vari dispositivi 13 - Milano, 19 Marzo 2003

14 MISURE Definizione dell architettura ottimale e dei requisiti metrologici di sistemi di misura per la valutazione degli indici di qualità del servizio METEOROLOGIA Messa a punto di una procedura per diagnosticare in modo oggettivo la causa di forza maggiore che produce un guasto Simulazione del fenomeno della sovratensione indotta da fulminazione indiretta su una linea di distribuzione (in collaborazione con il Prof. Nucci dell Università di Bologna) 14 - Milano, 19 Marzo 2003

15 Esempio di Correlazione tra sovratensioni Indotte da Fulmine e Guasti nei Sistemi di Distribuzione Indagine condotta in Italia utilizzando due sistemi di monitoraggio in 8 stazioni primarie in Lombardia, Piemonte, Umbria. Dal 1992 al 1999 Su un totale di circa 160 linee MT Circa 4500 km di linea 15 - Milano, 19 Marzo 2003

16 SAM Sistema di acquisizione interventi protezioni nelle cosiddette cabine primarie che alimentano linee di distribuzione aeree a 10kV 15kV e 20kV. Registra i segnali provenienti dalle protezioni 24h/24h: direzionali di terra protezioni di massima corrente interruttori Passo di campionamento di 10 ms Segnali sincronizzati con quelli del SIRF SIRF Sistema per il rilevamento del punto di impatto, dell istante temporale,della corrente e del numero di scariche delle fulminazioni al suolo. Dati di fulmine: data, tempo, lat., long., intensità di corrente, polarità, numero di colpi Precisione in tempo 10-7 sec.. Da GPS Precisione 500 m, Efficienza 90 % Raggruppa colpi entro 10 km e 1s 16 - Milano, 19 Marzo 2003

17 SAM SCATTO POLIFASE ALTA INTENSITA' CON AVVIAMENTO DT Valori Canali Prima Protezione Seconda Protezione Interruttore T1 T2 T3 Tempo T1 : Avviamento Prima Protezione T2 : Avviamento Seconda Protezione T3 : Apertura Interruttore T3 - T1 = 140 msec 17 - Milano, 19 Marzo 2003

18 SAM + SIRF A - Seleziono i fulmini sull area di insistenza delle linee B - Criterio 1: evento correlato se tempo dal guasto= ± 1 s SCATTO MONOFASE Valori Canali DT Interruttore T1 T2 Tempo T1 : Avviamento DT T2 : Apertura Interruttore T2 - T1 < 450 msec T0 = fulmine 18 - Milano, 19 Marzo 2003

19 SAM + SIRF A - Seleziono i fulmini sull area di insistenza delle linee B - Criterio 2. L evento è correlato se: - il fulmine soddisfa Criterio 1 & - la distanza punto d impatto - linea è inferiore ad una distanza critica. Per distanza critica qui si intende la massima distanza alla quale la corrente stimata dal SIRF è in grado di provocare una sovratensione > BIL valutata con Formula di Rusck: valida per linee infinitamente lunghe su un suolo perfettamente conduttore 19 - Milano, 19 Marzo 2003

20 Distanza Critica: Fulmine I 0 d critica Linea d1 CP d2 d1 < d critica d2 > d critica Guasto correlato Guasto non correlato 20 - Milano, 19 Marzo 2003

21 Correlazioni tra fulmine e guasti: Criterio 1 fulminazioni correlate = 20-30% del totale guasti correlati a temporale = 50% del totale Correlazionitra fulm ine e guasti:criterio 2 numero di correlazioni molto basso ( 0) motivi possibili: Precisione SIRF Rusck modello troppo semplice 21 - Milano, 19 Marzo 2003

22 LLS e LIOV-EMTP come strumenti pe la qualità e il miglioramento del servizio Ipotesi: verifica dei guasti correlabili con l uso di un modello di propagazione più raffinato 1 - simulare le linee reali 2- introdurre i fulmini, registrati realmente, nel modello e propagare i campi rispettivi 3 - verificare numero di guasti indotti dal modello al cadere dei fulmini reali registrati 4 - confrontare con i guasti correlati da SAM+SIRF con Criterio Milano, 19 Marzo 19 Marzo CESI

23 LIOV Agrawal et al. Equazioni di accoppiamento campo - linea di trasmissione (linea multiconduttore su terreno resistivo) Campo incidente Campo riflesso CAMPO TOTALE

24 Validazione sperimentale LIOV-EMTP 'LIOV-EMTP96' Measurement Induced Overvoltage [kv] Time [µs] 24 - Milano, 19 Marzo 2003

25 Applicazione del codice LIOV-EMTP Cabina Primaria Erba Trasformatore di Erba Conduttività media: S/m. Composto da 20 differenti sottosistemi alimentati da un bus centrale (CP) Tensione r.m.s. fasefase: 15 kv 1 km 25 - Milano, 19 Marzo 2003

26 Applicazione del codice LIOV-EMTP 1,3 m a b c I fulmini considerati sono quelli mostrati in figura, nell intorno del sistema di linee 10,8 m con 2 km di margine dai rami più esterni Tempo di salita della corrente di fulmine: 2 µs forma d onda corrente: modello di Heidler 26 - Milano, 19 Marzo 2003

27 Applicazione del codice LIOV-EMTP Calcoli effettuati impiegando il LIOV-EMTP96 anziché la formula semplificata di Rusck Sottosistemi CP Erba Nr monofase calcolati Nr polifase calcolati Nr guasti totali calcolati Milano, 19 Marzo 2003

28 LLS e LIOV-EMTP come strumenti per la qualità e il miglioramento del servizio Risultati: 1 LLS+LIOV strumento corretto per la correlazione spaziale di fulmini ai guasti in linea 2 possibilità di studiare casi singoli per verificare comportamento della linea alle sovratensioni 3 controllare-tarare comportamenti delle protezioni 4 valutare efficacia di protezioni particolari o evidenza di linee particolarmente esposte 28 - Milano, 19 Marzo 2003 Torna al sommario

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