Principali caratteristiche tecniche dei cavi AT

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1 Principali caratteristiche tecniche dei cavi AT Prysmian Cavi e Sistemi Italia Sergio Chinosi HV Engineering Manager Trento, 12 Febbraio 2016

2 AGENDA o Progettazione di sistemi in cavo AT Diagramma di flusso della progettazione Criterio di scelta costruttiva Progetto termico Progetto elettrico o Progetto magnetico (schermature) Considerazioni e tecniche per la mitigazione dei campi magnetici 2

3 AGENDA o Prove Prove in fabbrica Prove dopo l installazione o Monitoraggio e Diagnostica Panoramica dei servizi offerti 3

4 PROGETTAZIONE DEI SISTEMI IN CAVO AT DIAGRAMMA DI FLUSSO DELLA PROGETTAZIONE 1) Acquisizione dei dati di progetto - Specifica del cliente/sopralluogo 2) Determinazione della soluzione di prima 3) approssimazione - Sezione conduttore - Connessione schermi metallici 3) Verifica termica - Temperatura conduttore per In/Is - Temperature corto circuito Valori accettabili? Yes No 4) Verifica elettrica - Gradienti max/min (qualifiche) - Tensione indotta - Perdite di potenza - Autoprotezione Valori accettabili? Yes No 5) Verifica meccanica - Sollecitazione conduttore - Raggi di curvatura e pressione laterale - Fatica meccanica (installazione /staffaggi) Valori accettabili? Yes No 6) Verifica compatibilità elettromagnetica - Sistema schermante - Geometria cavi/trasposizione fasi 4

5 PROGETTAZIONE DEI SISTEMI IN CAVO AT Dimensionamento cavi Progetto termico Progetto elettrico PROGETTAZIONE SISTEMI AT Installazione e progetto termomeccanico Compatibilità elettromagnetica Accessori (Giunti, terminali e apparecchiature) 5

6 PROGETTAZIONE DEI SISTEMI IN CAVO AT Dimensionamento cavi Progetto termico Progetto elettrico PROGETTAZIONE SISTEMI AT Installazione e progetto termomeccanico Compatibilità elettromagnetica Accessori (Giunti, terminali e apparecchiature) 6

7 CRITERIO DI SCELTA COSTRUTTIVA Nastro Al monoplaccato Semiconduttivo esterno Semiconduttivo interno PRYSMIAN Guaina esterna Nastro semiconduttivo igroespandente Schermo a fili Cu Isolamento XLPE Conduttore Al o Cu Caratteristiche Largamente impiegato per sistemi fino a 150 kv Buona resistenza radiale alla penetrazione di umidità 7

8 CRITERIO DI SCELTA COSTRUTTIVA Guaina di AL saldato (WAS) Semiconduttivo esterno Semiconduttivo interno PRYSMIAN Conduttore Al o Cu Guaina esterna Caratteristiche Nastro semiconduttivo igroespandente Isolamento XLPE Utilizzato per tutti i sistemi fino a 500 kv Riduzione nelle dimensioni esterne e nel peso Maggior robustezza meccanica e resistenza all impatto Eccellenti caratteristiche di impermeabilità e resistenza agli oli 8

9 CRITERIO DI SCELTA COSTRUTTIVA Evoluzione costruttiva dei cavi AT 400 kv OF / guaina Pb XLPE / WAS 9

10 CRITERIO DI SCELTA COSTRUTTIVA Evoluzione costruttiva dei cavi AT 220 kv OF / guaina Pb XLPE / guaina Pb XLPE / Al Corrugato XLPE / WAS XLPE / Composito 10

11 CRITERIO DI SCELTA COSTRUTTIVA Evoluzione costruttiva dei cavi AT kv OF / guaina Pb EPR / schermo a fili Cu o guana Pb XLPE / guaina Pb XLPE / Composito XLPE / WAS 11

12 CRITERIO DI SCELTA COSTRUTTIVA High performance thermoplastic elastomer (HPTE) Un cavo a 150 kv P-Laser è stato recentmente installato nella rete di trasmissione italiana dopo essere stato sottoposto a severe prove di qualifica Totalmente riciclabile Oltre 10,000 km di cavo P-Laser MT sono già stati prodotti e sono attualmente in servizio, come conferma della risposta del mercato a questa nuova tecnologia 12

13 CRITERIO DI SCELTA COSTRUTTIVA Conduttore Controllo effetto pelle Portata di corrente Schermo semiconduttivo Interfaccia con lo strato isolante Assicura il campo elettrico radiale nell isolamento Isolante Isolamento elettrico del cavo Schermo semiconduttivo Interfaccia tra strato isolante e schermo 13

14 CRITERIO DI SCELTA COSTRUTTIVA Schermo/guaina metallica Corrente capacitiva Barriera radiale umidità Corrente di guasto monofase Barriera idraulica e di pressione (cavi OF) Guaina esterna Funzione elettrica Protezione meccanica 14

15 CRITERIO DI SCELTA COSTRUTTIVA Conduttore Milliken Cu (typicamente waterblocked) Schermo semiconduttivo estruso Isolamento - XLPE Schermo semiconduttivo estruso 3 starti Estrusi in tandem (Tripla estrusione) Nastri semiconduttivi igroespandenti Guaina metallica Guaina esterna (PE) (alt non propagante la fiamma) 15

16 CRITERIO DI SCELTA COSTRUTTIVA Canale dell olio Conduttore Milliken Cu Fasciatura e nastri in carta carbone Nastri di Carta/PPL/Carta Nastri di carta carbone e metallizzata Guaina metallica Alluminio corrugato Guaina esterna (PE) (alt non propagante la fiamma) 16

17 PROGETTAZIONE DEI SISTEMI IN CAVO AT Dimensionamento cavi Progetto termico Progetto elettrico PROGETTAZIONE SISTEMI AT Installazione e progetto termomeccanico Compatibilità elettromagnetica Accessori (Giunti, terminali e apparecchiature) 17

18 PROGETTO TERMICO Circuito termico equivalente del cavo e dell ambiente circostante Strato isolante T1 Guaina esterna T3 Ambiente circostante T4 Conduttore Guaina metallica Superficie cavo Ambiente θc θsh θsf θg I 2 R I 2 s Rs Perdite dielettrico (Wd) = λ I 2 R + perdite correnti parassite 18

19 PROGETTO TERMICO Circuito termico equivalente del cavo e dell ambiente circostante T1, T3: Costanti T4: Variabile T1 T3 T4 θc θsh θsf θg I 2 R λ I 2 R Wd + perdite correnti parassite 19

20 PROGETTO TERMICO Circuito termico equivalente del cavo e dell ambiente circostante (θc - θamb) = Δθ = (θc - θsh) + (θsh - θsf) + (θsf - θg) + θamb T1 T3 T4 θc θsh θsf θg I 2 R λ I 2 R Wd + perdite correnti parassite 20

21 PROGETTO TERMICO CORTO CIRCUITO 21

22 PROGETTO TERMICO Correnti di corto circuito Guasto simmetrico trifase Guasto bifase Guasto monofase a terra Effetti del corto circuito Verifica sovratemperatura conduttore e guaine metalliche Tensioni indotte su linee parallele Innalzamento del potenziale di terra 22

23 PROGETTAZIONE DEI SISTEMI IN CAVO AT Dimensionamento cavi Progetto termico Progetto elettrico PROGETTAZIONE SISTEMI AT Installazione e progetto termomeccanico Compatibilità elettromagnetica Accessori (Giunti, terminali e apparecchiature) 23

24 PROGETTO ELETTRICO Gradiente elettrico Per sistemi in C.A. E in generale per tutti i sistemi caratterizzati da rapide inversioni di tensione, il gradiente elettrico dell isolante è caratterizzato da una distribuzione capacitiva. L isolante può essere considerato come suddiviso in capacità concentriche in serie. Isolante V Ei E [kv/mm] E e r [mm] E( r) dove: Ei Ee V re r ln ri Conduttore Valori tipici di gradiente elettrico: Ei = 6 to 14 kv/mm (HV to EHV) Eo = 4 to 8 kv/mm (HV to EHV) IEC ed richiede prove di qualifica per Ei>8 kv/mm e/o Eo>4 kv/mm 24

25 PROGETTO ELETTRICO TENSIONI TRANSITORIE 25

26 PROGETTO ELETTRICO 26

27 PROGETTO ELETTRICO METODO DI CONNESSIONE DELLE GUAINE METALLICHE 1) Cortocircuitate agli estremi (Solid Bonding) 2) Trasposte (Cross Bonding) 3) Isolate ad un estremo (Single Point Bonding) 27

28 PROGETTO ELETTRICO Solid Bonding Generalmente utilizzato per correnti fino a 500 A Formazione a trifoglio chiuso Giunto continuo Perdite nelle guasine 5-40% delle perdite nel conduttore Perdite nelle guaine di Al > delle perdite nelle guaine di Pb Livello di manutenzione basso La corrente circolante nel conduttore principale genera un campo magnetico che si concatena alla guaina mettalica. La tensione indotta risultante genera una corrente di circolazione, causando perdite per effetto Joule Wg = Rg x Ig 2 Ig = Vg / Zg 28

29 PROGETTO ELETTRICO Cross Bonding Generalmente utilizzato per correnti > 500 A Giunto sezionato Tensione indotta inferiore per formazione a trifoglio anzichè in piano Perdite nelle guaine metalliche virtualmente nulle per circuito bilanciato (solo perdite per correnti parassite). Perdite da valutare per circuiti sbilanciati (variazioni di spaziatura e di lunghezza) Manutenzione richiesta (scaricatori di tensione e guaina esterna) 29

30 PROGETTO ELETTRICO Single Point Bonding Generalmente utilizzato per correnti > 500 A Conduttore di terra isolato (ECC) Necessità di un conduttore di terra isolato (profondità di penetrazione) D e 660 e 10 3 f Perdite nelle guaine metalliche virtualmente nulle (solo perdite per correnti parassite) Manutenzione richiesta (scaricatori di tensione e guaina esterna) 30

31 PROGETTAZIONE DEI SISTEMI IN CAVO AT Dimensionamento cavi Progetto termico Progetto elettrico PROGETTAZIONE SISTEMI AT Installazione e progetto termomeccanico Compatibilità elettromagnetica Accessori (Giunti, terminali e apparecchiature) 31

32 COMPATIBILITA ELETTROMAGNETICA CONFRONTO TRA CAMPO ELETTRICO E MAGNETICO CAMPO ELETTRICO CAMPO MAGNETICO Effetti sugli esseri umani Il campo elettrico E non penetra gli edifici Le cariche elettriche (generate come conseguenza del campo) sono deviate verso terra e ricombinate Il campo magnetico B penetra gli edifici facilmente Solo alcuni materiali con specifiche geometrie o circuiti dedicati allo scopo possono opporsi a questa azione Lo scopo della progettazione di tecniche di mitigazione è quello di trovare quali siano I materiali più appropriati, le geometrie o i circuiti che possano rendere efficaci le azioni di contenimento dello stesso 32

33 COMPATIBILITA ELETTROMAGNETICA TECNICHE DI MITIGAZIONE CAVI PASSIVI (TRINCEA) 33

34 COMPATIBILITA ELETTROMAGNETICA TECNICHE DI MITIGAZIONE CAVI PASSIVI (BUCA GIUNTI) 34

35 COMPATIBILITA ELETTROMAGNETICA TECNICHE DI MITIGAZIONE CANALETTA SCHERMANTE Elevato fattore schermante Facilità di installazione 35

36 COMPATIBILITA ELETTROMAGNETICA TECNICHE DI MITIGAZIONE CANALETTA SCHERMANTE TRINCEA BUCA GIUNTI 36

37 Magnetic field [microtesla]. COMPATIBILITA ELETTROMAGNETICA Confronto EMF in funzione della geometria e del sistema schermante Example 132 kv: EMF at soil with different onfigurations: lay at 1400 mm at cable basement, cable diameter 100 mm, 500 A in piano int. 200 mm a triangolo int. 200 mm a trifoglio chiuso a trifoglio + loop passivi a trifoglio in canaletta Distance from axis [m]. 37

38 COMPATIBILITA ELETTROMAGNETICA Metodo di schermatura Riduzione [%] Fattore schermante Costo [relativo] Solid bonding N.A. Trifoglio (rispetto al piano) \ Cavi passivi $ Lastra di rame $$ Canaletta ferromagnetica $$ Tubo di acciaio $$$ 38

39 Prove 39

40 PROVE PROVE DI FABBRICA U 150 kv - IEC U > 150 kv - IEC Prove elettriche: Prova di tensione sull isolamento principale Misura delle scariche parziali Misura resistenza in C.C. del conduttore Tensione in C.C. sulla guaina termoplastica esterna 40

41 PROVE PROVE DOPO POSA U 150 kv - IEC U > 150 kv - IEC Prova di tensione sull isolamento principale 1 h C.A. A valori di tensione definiti (es., 150 kv per sistemi a 150 kv e 260 kv per sistemi a 400 kv) In alternativa 24 h SOAK TEST a Uo (connessione alla rete) Prova in C.C. non contemplata Prova di tensione in C.C. Sulla guaina esterna Misura delle scariche parziali (opzionale) Metodi on-line e off-line disponibili 41

42 PROVE PROVE DOPO POSA 42

43 Monitoraggio e diagnostica 43

44 MONITORAGGIO E DIAGNOSTICA DISTRIBUTED TEMPERATURE SENSING (DTS) Monitoraggio delle caratteristiche ambientali Monitoraggio della temperatura degli strati del cavo REAL TIME THERMAL RATING (RTTR) Massimizzazione capacità termica del circuito Imostazione allarmi Storia termica (valutazione della vita) Gestione del carico del sistema in condizioni nominali, di emergenza e di sovraccarico 44

45 MONITORAGGIO E DIAGNOSTICA Sensore integrato nel cavo 45

46 MONITORAGGIO E DIAGNOSTICA Sensore esterno al cavo, in contatto con esso 46

47 MONITORAGGIO E DIAGNOSTICA Misura delle scariche parziali in modalità WIRELESS (PRYCAM) Le scariche parziali costituiscono una delle cause principali del deterioramento dell isolamento del cavo Campi di applicazione On-line (nessuna necessità di messa fuori servizio della linea) Misure (one-shot) o monitoraggio (continuo) Adatta a diverse apparecchiature (cavi, GIS, trasformetori, macchine rotanti,...) 47

48 MONITORAGGIO E DIAGNOSTICA Sistema di monitoraggio on-line per la verifica dell integrità degli scaricatori di tensione delle cassette di sezionamento 48

49 Grazie. 49