Dossier tecnico n 6. Apparecchiatura di manovra per le batterie di condensatori MT

Dossier tecnico n 6 Apparecchiatura di manovra per le batterie di condensatori MT

Apparecchiatura di manovra per le batterie di condensatori MT Dossier tecnico n 6 Redatto a cura del Dipartimento di Media Tensione Questo dossier tecnico ha per obiettivo di: spiegare l'origine dei fenomeni che si manifestano durante la manovra di inserzione e disinserzione delle batterie di condensatori in media tensione; presentare al lettore le formule per il calcolo delle grandezze elettriche caratteristiche ed i principali criteri di progetto; illustrare gli aspetti tecnologici e normativi riguardanti le prestazioni delle apparecchiature destinate alla manovra e protezione delle batterie di condensatori. Indice. Compensazione dell energia reattiva Generalità Le tecniche di compensazione MT 3 Definizione dei simboli utilizzati 3. Manovra delle batterie di condensatori 4 Fenomeni elettrici legati all'inserzione 4 Fenomeni elettrici legati all'interruzione 6 Alcuni ordini di grandezza 7 3. Problemi dei condensatori e relative soluzioni 8 Sollecitazioni elettriche 8 Progettazione delle batterie di condensatori 8 Dimensionamento termico dell'apparecchiatura 8 4. Problemi dell'apparecchiatura e relative soluzioni tecniche 9 Principali aspetti tecnici 9 Soluzioni costruttive 9 Norme 0 5. Calcolo delle correnti di inserzione e delle induttanze di limitazione Introduzione Batteria singola Batteria a gradini Le induttanze limitatrici 6. Appendice Tabelle di scelta per l'utilizzazione dell'apparecchiatura Tabella : caratteristiche principali dell'apparecchiatura MT Tabella : scelta dell'apparecchiatura MT in relazione alla durata elettrica 3 Tabella 3: calcoli delle correnti di chiusura 4 7. Bibliografia 5 Questa pubblicazione fa parte della collana "Dossier tecnici" coordinata dai Servizi Tecnici Centrali di Merlin Gerin. I Dossier tecnici rappresentano un agile strumento di lavoro frutto del patrimonio di esperienze e competenze aziendali. La collezione ha lo scopo di fornire informazioni più approfondite ed essere un valido strumento di riferimento nei campi specifici delle apparecchiature elettromeccaniche, dell'elettronica industriale, del trasporto e della distribuzione dell'energia elettrica.

Apparecchiatura di manovra per le batterie di condensatori MT. Compensazione dell energia reattiva Generalità L impiego dei condensatori in una rete elettrica è conosciuto come metodo di compensazione. Questo utilizzo è determinato da: l obiettivo ricercato (evitare le penalità tariffarie per basso cosϕ, alleggerire il carico dei cavi, dei trasformatori, incrementare il valore di tensione) il metodo di distribuzione dell energia elettrica il regime di carico l influenza prevedibile dei condensatori sulle caratteristiche della rete il costo dell installazione. La compensazione dell energia reattiva può essere (vedi fig.) : Globale Esempio: sulla rete AT per l ente distributore sulla rete MT per un utente MT ➁ sulla rete BT ➂ per un utente BT con batterie di tipo fisso. Per settori Esempio: per cabina primaria ENEL 4 per officina o edificio di un utente BT ➄ Individuale Questa forma di compensazione è tecnicamente ideale perché produce energia reattiva nel luogo stesso ove è consumata, in una quantità rigorosamente adeguata alla necessità. Tuttavia questa soluzione è ritenuta onerosa e conduce generalmente ad una sovracompensazione poiché non tiene conto della possibile variazione dei carichi. Esempio: grossi motori MT o BT. In genere, l installazione delle batterie di condensatori in media ed alta tensione è più economica per potenze superiori a circa 000 kvar, anche se l analisi delle reti di differenti paesi mostra che non esiste una regola universale. Il metodo di compensazione dipende dalla politica energetica dei paesi e dei distributori. Negli U.S.A. la compensazione è essenzialmente in MT per ragioni di politica tariffaria, contrariamente in Germania dove la compensazione è fatta in BT perché si ritiene logico compensare l energia reattiva esattamente nel punto di consumo. In Italia: ENEL installa batterie singole nelle sue cabine primarie AT/MT su reti a 0, 5 e 0 kv. La potenza di queste batterie può raggiungere i 0 MVAr a 0 kv. Gli utenti MT o BT devono compensare i propri impianti per ottenere un cosϕ nel punto di collegamento alla rete superiore o uguale a 0,9. fig. MERLINI GERIN - Dossier Tecnico n 6

Le tecniche di compensazione MT Compensazione tradizionale Le batterie di condensatori sono collegate in derivazione sulla rete. Esse possono essere: Singole (fig. ) Quando la loro potenza è modesta e il carico relativamente costante. Multiple o frazionate (fig. 3) Tale compensazione è comunemente chiamata a gradini (back to back nel termine inglese). Questo tipo di batterie è molto utilizzato in alcune grandi industrie (con forti potenze installate) e dai distributori d energia e permette una regolazione passo-passo dell energia reattiva. L inserzione e la disinserzione delle batterie può essere pilotata da relé di tipo varmetrico. Compensazioni particolari Nota: questi sistemi sono richiamati a titolo informativo. Compensatori statici istantanei Quando è necessaria una compensazione variabile e continua (industrie con forti carichi variabili e regolazione della tensione su reti AT), questa viene realizzata combinando condensatori, induttanze variabili ed elettronica di potenza (fig. 4). In generale il sistema è composto da: una batteria di condensatori fissa; un sistema di filtri che neutralizza le eventuali armoniche presenti nella rete e quelle generate dall elettronica di potenza; un induttanza variabile inserita tramite tiristori, con i quali è possibile anche inserire parte dei condensatori. Batterie in serie Nel caso di grandi reti con linee molto lunghe, le batterie di condensatori possono essere montate in serie sulla linea (fig. 5). Un tale montaggio permette una compensazione permanente ed adeguata ai bisogni poiché l energia reattiva fornita dipende dalla corrente circolante nella linea. Realizzazioni di questo tipo esistono nel continente americano, mentre non trovano applicazioni in Europa. È necessario un sofisticato sistema per cortocircuitare i condensatori onde evitarne la distruzione, quando, in seguito ad un guasto, circola in linea una elevata sovracorrente. Definizione dei simboli utilizzati La trattazione riguarda esclusivamente i circuiti trifase. Le notazioni sono le seguenti : L alimentazione U : tensione di rete Icc : corrente di cortocircuito della rete Scc : potenza di cortocircuito U Scc = 3 U Icc = Lo ω Lo : induttanza di cortocircuito della rete f : frequenza di esercizio ω : pulsazione alla frequenza di esercizio I collegamenti L : induttanza di collegamento (serie) della batteria (caso di batteria unica) l : induttanza di collegamento (serie) di ogni gradino della batteria L: induttanza limitatrice Il carico C : capacità della batteria Q : potenza della batteria ( Q = U Cω = 3 U Icapa) Icapa: corrente di regime che circola nella batteria I fenomeni transitori Ie : corrente di picco di chiusura fe : frequenza di oscillazione di Ie K A : coefficiente di sovratensione a monte (lato rete). K A espresso in p.u. = massimo valore di picco della tensione a monte in fase di chiusura, divisa per: U 3 K B : coefficiente di sovratensione a valle (lato batteria) L apparecchiatura In : corrente in servizio continuo Ich.max: corrente di picco massima di chiusura. fig. fig. 3 fig. 4 fig. 5 MERLINI GERIN - Dossier Tecnico n 6 3

Apparecchiatura di manovra per le batterie di condensatori MT. Manovra delle batterie di condensatori Fenomeni elettrici legati all inserzione L inserzione di una batteria di condensatori, destinata a funzionare in derivazione su una rete, è accompagnata da un regime transitorio causato dai fenomeni di carica della batteria. Dal punto di vista della corrente, la carica oscillante provoca una sovraintensità la cui ampiezza è funzione delle caratteristiche della rete e della batteria. La chiusura equivale praticamente a stabilire, nel punto considerato, un cortocircuito di piccola durata (frequenza elevata in rapporto alla frequenza della rete). Dal punto di vista della tensione, la carica è accompagnata dalla propagazione lungo la rete di un onda di perturbazione. Questi fenomeni transitori dipendono dalle caratteristiche della rete e dall istante di chiusura dei contatti o di preinnesco. I due casi tipici sono una batteria singola ed una batteria frazionata a gradini. Batteria singola (fig. 6) Poiché L Lo, nei calcoli che seguono si trascura L rispetto a Lo. L inserzione di una batteria isolata su una rete è rappresentata in fig. 7. Gli oscillogrammi di corrente e tensione mostrano la sovracorrente e le sovratensioni, a monte e a valle, che accompagnano la chiusura. La frequenza propria di oscillazione è uguale a: fe = π LoC Le sovratensioni a monte e a valle sono uguali, ossia: K A = K B p.u. La corrente di picco di chiusura è data da: U C Ie = = Icapa 3 Lo Scc Q Scc = potenza di cortocircuito della rete di alimentazione in MVA nel punto di collegamento. Q = potenza del condensatore espressa in MVAr. fig. 6 fig. 7 4 MERLINI GERIN - Dossier Tecnico n 6

Batteria frazionata (fig. 8) Nota: per semplicità di calcolo si considera solo il caso di gradini tutti uguali; i calcoli sono più complicati nel caso generale (vedi norma IEC 56.987 allegato BB). Lo = induttanza di alimentazione l = induttanza di collegamento serie n = numero di gradini in servizio quando si inserisce l n+ esimo. L inserzione di un gradino, se fatta in presenza di batterie già in tensione, è accompagnata da due fenomeni transitori sovrapposti. Il primo, di frequenza molto elevata, π lc corrisponde alla scarica delle batterie già in tensione nel gradino appena inserito. Il secondo, di frequenza più bassa, π LoC quindi molto spesso trascurabile rispetto al primo, (Lo è molto maggiore di l), corrisponde alla scarica nella rete del sistema di batterie, i cui potenziali alla fine saranno identici. La chiusura dell n+ esimo gradino di una batteria frazionata è rappresentata in fig. 9. Gli oscillogrammi di corrente e tensione mostrano le sovracorrenti e le sovratensioni che appaiono all inserzione e distinguono i due fenomeni. Da notare che il fattore di sovratensione K A propagato in rete è tanto minore quanto maggiore è il numero di gradini già in servizio. Per contro, all aumentare del numero di gradini in servizio, aumenta anche la sovracorrente d inserzione. n U C n fe Ie = = Icapa n + 3 l n + f Frequenza propria di oscillazione : fe = π lc fig. 8 Sovratensione : dal lato rete n K A = + pu n +.. dal lato batteria n KB = pu n +.. Queste sovratensioni non superano il doppio della tensione di rete e generalmente non causano problemi, in quanto tutti i componenti sono costruiti in modo da tollerare questa sollecitazione. Le sovracorrenti, invece, richiedono spesso degli accorgimenti opportuni per evitare di danneggiare i condensatori e l apparecchiatura. fig. 9 MERLINI GERIN - Dossier Tecnico n 6 5

Apparecchiatura di manovra per le batterie di condensatori MT Fenomeni elettrici legati all interruzione Quando l apparecchio di manovra ha interrotto la corrente nella batteria (più precisamente nell istante di estinzione dell arco tra i contatti), quest ultima resta carica alla tensione di picco. La batteria si scarica quindi attraverso le resistenze di scarica di cui è dotato ogni condensatore (tempo: da a 5 minuti). La tensione di ritorno ai morsetti dell interruttore raggiunge Um dopo un semiperiodo (nell ipotesi di tensione d arco trascurabile). Se il ripristino delle caratteristiche dielettriche dell interruttore aumenta più rapidamente di questa tensione di ritorno, l interruzione avviene normalmente. Al contrario, se questo ripristino aumenta meno rapidamente della tensione di ritorno, si avrà una scarica tra i contatti dell interruttore (fig. 0 ➂). La norma distingue: la riaccensione (scarica entro un quarto di periodo dopo l interruzione), fenomeno che non dà luogo ad un incremento sensibile di tensione; il riadescamento (scarica dopo più di un quarto di periodo). In questo caso i fenomeni sono simili a quelli riscontrati alla chiusura, ma possono essere amplificati dal fatto che il riadescamento può aver luogo ad una tensione uguale al doppio di quella di chiusura. Dal punto di vista teorico, con più riadescamenti si constata che: le sovratensioni di manovra aumentano progressivamente : 3 Um; 5 Um; 7 Um... le tensioni di ritorno tra i contatti dell interruttore aumentano progressivamente: Um; 4Um... In pratica, le tensioni non aumentano così rapidamente ed in modo tanto regolare ad ogni riadescamento, perché non sempre questo si manifesta in corrispondenza della differenza di tensione massima e perché anche lo smorzamento del circuito ha una certa influenza. Tuttavia, i successivi riadescamenti durante l interruzione di una batteria possono condurre a tensioni elevate, pericolose sia per la rete che per i condensatori. Le sovracorrenti provocate sono proporzionali alla differenza di tensione esistente tra la rete e i condensatori prima del riadescamento. fig. 0 6 MERLINI GERIN - Dossier Tecnico n 6

Queste correnti sono di ampiezza sempre superiore a quelle riscontrate alla chiusura e sono pertanto più pericolose per l insieme dei materiali. E quindi di primaria importanza utilizzare un apparecchiatura il cui rapido ripristino delle caratteristiche dielettriche eviti completamente i riadescamenti. Alcuni ordini di grandezza Le sovracorrenti riscontrate all inserzione sono molto variabili a secondo del tipo di schema e della configurazione della rete. Nel caso di una batteria singola, il valore di picco della corrente transitoria dipende dalla potenza di cortocircuito della rete (Scc) nel punto di collegamento. La fig. mostra il rapporto : Ie Icapa in funzione di Scc e della potenza Q della batteria. In genere negli impianti esistenti, il valore di picco della sovracorrente non supera il valore massimo stabilito per le batterie di condensatori (00 volte la corrente a regime della batteria Icapa). In media, il valore di picco della sovracorrente è dell ordine di 0 30 volte Icapa. La frequenza propria del transitorio è compresa tra 300 e 000 Hz. ω Ie fe = = LoC Icapa π π Nel caso di una batteria frazionata, la corrente transitoria è molto più elevata poiché l induttanza di collegamento l delle singole batterie è molto piccola rispetto all induttanza di alimentazione della rete. Se non sono previsti particolari dispositivi di limitazione (induttanze limitatrici), la sovracorrente è 30 50 volte più elevata che nel caso precedente. Considerando che nella maggior parte dei casi queste sovracorrenti superano i valori sopportabili dai materiali (apparecchiature e condensatori), risulta necessario utilizzare delle induttanze limitatrici (vedi 5). fig. MERLINI GERIN - Dossier Tecnico n 6 7

Apparecchiatura di manovra per le batterie di condensatori MT 3. Problemi dei condensatori e relative soluzioni Sollecitazioni elettriche Le sovracorrenti e le sovratensioni create dalla manovra delle batterie di condensatori devono essere compatibili con quelle che i componenti dell impianto sono in grado di sopportare. Se questi sono progettati per sopportare le normali sollecitazioni presenti nelle reti MT, sono necessarie alcune precauzioni aggiuntive nel caso in cui gli apparecchi di manovra non siano specificamente previsti per manovrare le batterie di condensatori. Dal punto di vista dei condensatori La sovratensione transitoria di Um ai morsetti è sopportata normalmente senza particolari deterioramenti, a condizione che non si ripeta più di 000 volte all anno. Le sovracorrenti di chiusura non devono superare 00 volte la corrente nominale della batteria. Si può ritenere che una tale sovracorrente possa essere sopportata per 000 volte all anno, mentre una sovracorrente pari a 30 volte In lo potrebbe essere per 00.000 volte all anno. Nel caso di sovracorrenti superiori, in serie con le batterie di condensatori vengono collegate le induttanze limitatrici. Progettazione delle batterie di condensatori Si considerano casi : batteria singola (fig. ) batteria multipla o a gradini (fig. 3) Batteria singola Questa soluzione è facilmente realizzabile per i seguenti motivi : la Scc della rete non dà luogo a sovracorrenti superiori a 00 Icapa il numero di manovre è relativamente basso poiché non c è la regolazione di energia reattiva. In queste condizioni, generalmente, non occorrono le induttanze limitatrici. La batteria di condensatori è direttamente collegata alla rete tramite gli apparecchi di manovra scelti in funzione della tensione, potere di interruzione e corrente termica. la corrente di inserzione Ie deve essere inferiore al potere di chiusura dell apparecchio di manovra, per il numero di manovre considerato. Batteria a gradini Le induttanze di collegamento tra le singole batterie di condensatori (sbarre, cavi) sono generalmente molto piccole. La limitazione del valore di picco della corrente di inserzione, per mezzo di apposite induttanze limitatrici poste in serie ai singoli gradini, è necessaria per: non superare le 00 volte la corrente nominale della batteria Icapa. non superare il potere di chiusura dell apparecchio di manovra. Dimensionamento termico dell apparecchiatura Un apparecchio è caratterizzato, tra l altro, dalla corrente nominale (corrente termica) che corrisponde a un riscaldamento accettabile delle sue parti. Quando questi apparecchi comandano e/o proteggono dei condensatori, si deve tener conto del fatto che l effettivo valore efficace della corrente assorbita può essere superiore a quella indicata come dato di targa della batteria. I condensatori di potenza sono quindi progettati per sopportare in modo permanente fino a,3 volte il valore di targa della corrente. Di conseguenza anche l apparecchiatura di manovra deve essere scelta tenendo conto di questo sovraccarico termico, causato dalla presenza di armoniche di corrente di frequenza superiore alla frequenza industriale. fig. fig. 3 8 MERLINI GERIN - Dossier Tecnico n 6

4. Problemi dell apparecchiatura e relative soluzioni tecniche In generale, come apparecchi di manovra possono essere utilizzati: interruttori, interruttori di manovra, e contattori nel caso di gradini multipli. interruttori, con funzione anche di protezione, nel caso di batterie singole e per la protezione generale delle batterie multiple (fig. 4) Principali aspetti tecnici I principali aspetti tecnici riguardanti l apparecchiatura da utilizzare su batterie di condensatori sono riassunti qui di seguito: La corrente di inserzione La corrente di inserzione di una batteria di condensatori, a differenza di quanto avviene all inserzione degli altri tipi di carico, è caratterizzata da una frequenza dell ordine dei khz. In questa condizione l interruttore è sottoposto ad una serie di picchi di corrente durante il periodo di prearco, che comporta un usura dei contatti nettamente maggiore rispetto alle condizioni di impiego normali. L interruzione I principali fenomeni relativi all interruzione sono già stati trattati in precedenza (paragrafo Fenomeni elettrici legati all interruzione ). Nel caso in cui l apparecchio assolva anche la funzione di protezione, si devono considerare le sollecitazioni relative all interruzione della corrente di cortocircuito. Sovraccarichi dovuti alle armoniche I carichi non lineari (es.: forni ad arco, circuiti ferromagnetici saturi) ed i convertitori statici, danno luogo a sensibili armoniche di corrente a cui conseguono delle distorsioni nell onda di tensione. Nel caso dei condensatori, la corrente è proporzionale alla frequenza, quindi ad armoniche di ordine n e di valore relativo x.%, e vale : I= UCnω = I50Hz + ( n x) con U= U50Hz + x Il coefficiente di sovraccarico è : + ( n x) + x fig. 4 Le norme IEC 70 e IEC 87, relative ai condensatori, prescrivono un coefficiente di sovraccarico del 30% (corrispondente a n=5 e x=7%). Se In è la corrente di servizio continuo dell apparecchio, la corrente capacitiva massima a 50 Hz che potrà transitare, è quindi uguale a : Icapa = 0,7 In In (A) Icapa (A) 630 440 50 875 500 750 350 00 Durata meccanica L apparecchiatura destinata al comando e alla protezione delle batterie di condensatori deve manovrare parecchie volte al giorno; è quindi necessario che abbia, oltre ad una adeguata durata elettrica, anche una buona durata meccanica. Soluzioni costruttive Per rispondere a tutti questi problemi, Merlin Gerin privilegia la tecnica di interruzione in SF6. Poiché la rigidità dielettrica di questo gas è molto superiore a quella dell aria, l interruzione di correnti capacitive avviene senza riaccensioni né riadescamenti anche con una pressione di SF6 relativamente bassa (,5 bar). La tenuta dielettrica all apertura non è legata alle sollecitazioni subite nella precedente chiusura. L usura dei contatti è principalmente dovuta alla sovracorrente che si verifica all inserzione (l usura dovuta all apertura è infatti trascurabile). Pertanto, agli effetti della durata elettrica, si deve tener conto del valore di cresta delle correnti di inserzione e del relativo numero di manovre. Ad una buona vita elettrica concorre, oltre ad un buon progetto globale dell interruttore, anche l utilizzazione di materiali sinterizzati a base di tungsteno sui contatti rompiarco e l impiego del gas SF6, caratterizzato da una struttura molecolare stabile e tale da garantire nel tempo un buon funzionamento. La robustezza e la semplicità degli apparecchi permettono di compiere, in generale, un numero di manovre 5 volte maggiore a quello richiesto dalla norma IEC 56.987, ossia 0.000 manovre. L insieme degli apparecchi NMG è adatto a manovrare i banchi di condensatori in conformità alle norme IEO ed ANSI. Le prestazioni sono riportate in schede tecniche che forniscono, ad esempio, alcune caratteristiche di interruttori di manovra, contattori ed interruttori, riportate in allegato. MERLINI GERIN - Dossier Tecnico n 6 9

Apparecchiatura di manovra per le batterie di condensatori MT Norme Norme IEC La norma IEC 56.987 indica le modalità di prova per la chiusura e l interruzione di correnti capacitive (equivalente della norma CEI 7-). Sono previsti circuiti di prova: circuito A: impedenza del circuito di alimentazione tale che la corrente di cortocircuito sia inferiore o uguale al 0% del potere di interruzione nominale di cortocircuito; circuito B: impedenza del circuito di alimentazione tale che la corrente di cortocircuito sia dell ordine del potere di interruzione nominale di cortocircuito dell interruttore. Indicando con Ic il potere di interruzione su batteria di condensatori, sono prescritte 4 sequenze di prove (fig. 5). Ogni sequenza di prove deve comprendere, a sua volta, 0 prove se in trifase o prove se in monofase. Per quanto riguarda il potere di chiusura su batterie di condensatori a gradini, la norma IEC richiama i metodi di calcolo delle correnti di inserzione e indica l ordine di grandezza della frequenza propria di queste correnti: da a 5 khz. Norme ANSI I documenti relativi sono: ANSI C37-09-979 ANSI C37-06 Definizione dei parametri di queste norme: V: tensione nominale massima Isc: corrente di cortocircuito Isc A = ( vedi fig. 6) Isc Icapa In ogni sequenza è tollerata una riaccensione, se non ha luogo oltre un terzo di periodo dopo l estinzione (cioè 5,5 ms). Numero di operazioni: 4 aperture ripartite nel seguente modo: O da 0 a 80 con O ogni 30. 6 O con tempo d arco minimo fase che interrompe a ± 7,5. 6 O con tempo d arco massimo fase che interrompe a ± 7,5. Valore di Icapa (vedi fig. 7). Parametri di prove nel caso di batterie a gradini (fig. 8). sequenza di prova circuito corrente di prova di alimentazione in % di Ic A da 0 a 40 A non inferiore a 00 3 B da 0 a 40 4 B non inferiore a 00 fig. 5 Sequenza per un'apparecchiatura trifase sequenza n sequenza tensione % Icapa numero di operazioni batteria singola A V 30 4 O + A batteria singola B V 00 4 CO + A batteria a gradini A V 30 4 O + A batteria a gradini B V 00 4 CO + A fig. 6 In (A) Icapa max (A) interruttore interno interruttore esterno 00 630 400 000 000 400 3000 600 400 fig. 7 In (A) interruttore interno interruttore esterno Ie (kâ) fe (khz) Ie (kâ) fe (khz) 000 5,0 0 4, 3000 5,3 0 4, fig. 8 0 MERLINI GERIN - Dossier Tecnico n 6

5. Calcolo delle correnti di chiusura e delle induttanze di limitazione Introduzione Definizione dei simboli utilizzati (vedi pag. 3). L apparecchiatura si suppone scelta per i calcoli che seguono, in funzione delle tensioni e correnti nominali (con In,3 Icapa), del potere di interruzione, ecc. Batteria singola Potenza Q = U ω C = 3 U Icapa Corrente di cresta di chiusura: Ie = Icapa = Icapa LoC ω Scc Q Lo=induttanza di alimentazione Scc=potenza di cortocircuito della rete Frequenza propria d oscillazione: fe = π LoC In generale, non è necessario l utilizzo dell induttanza limitatrice, tranne nel caso di Scc elevata e Q bassa; la corrente di cresta deve essere quindi limitata per: i condensatori se Ie >00Icapa l apparecchiatura di manovra Calcolo dell induttanza di limitazione L (aggiunta a Lo). º condizione Ie >00Icapa (limite dei condensatori) Assumere: U L ω 00 0 Q Scc 6 con : L in µh U kv Q MVAr Scc MVA º condizione Ie > Ich.max. corrente di cresta massima dell apparecchio (indicata nella tabella ). Assumere : 6 0 Q U L ω 3( Ich.max.) Scc con : L in µh U kv Q MVAr Ich.max. kâ 3º condizione Combinazione della º condizione + º condizione. Considerare per L il più grande valore trovato. Batteria a gradini n gradini (identici) inseriti quando chiude l n+ esimo Potenza unitaria : Q = U ω C = 3 U Icapa Corrente di cresta di chiusura : Ie = U n 3 n + C n fe = Icapa l n + f l : induttanza di collegamento (con buona approssimazione si può assumere 0,5 µh/m per sbarre o cavi MT). Frequenza propria d oscillazione : fe = π l C Le induttanze di collegamento fra le differenti batterie sono generalmente molto modeste (dell ordine dei µh). L impiego di una induttanza di limitazione in serie alla batteria (vedi fig. 0) è necessario per limitare le correnti di chiusura. Calcolo dell induttanza di limitazione L (il valore di l aggiunto a L è trascurabile). º condizione Ie >00Icapa (limite dei condensatori) Assumere : n 0 U L n + ω Q º condizione Ie > Ich.max. corrente di cresta massima dell apparecchio (indicata nell allegato ). Assumere : 6 n 0 Q L n + 3ω ( Ich.max.) fig. 0 con: n: numero di gradini in servizio quando chiude l n+ esimo. Q: potenza della batteria espressa in MVAr. Ich.max.: potere di chiusura dell apparecchio su batterie di condensatori, espresso in kâ. U: tensione in kv. L: induttanza di limitazione in µh 3º condizione Combinazione della º condizione + º condizione. Considerare per L il più grande valore trovato. Le induttanze di limitazione Le induttanze devono essere adatte alle esigenze dell impianto. A titolo di esempio, i principali parametri da considerare per la loro scelta sono i seguenti : installazione: per interno o esterno corrente nominale: da,3 In tolleranza sul valore di induttanza: 0+0% tenuta elettrodinamica: Icc di cresta al punto di collegamento alla rete. Le induttanze utilizzate sono in aria senza nucleo magnetico. I valori più frequentemente utilizzati sono: 50, 00 o 50 µh. Nota: Una pagina di sintesi dei calcoli delle correnti di chiusura, nel caso di batteria singola e batteria a gradini, è riportata in appendice. MERLINI GERIN - Dossier Tecnico n 6

Apparecchiatura di manovra per le batterie di condensatori MT 6. Appendice Tabelle di scelta per l utilizzazione dell apparecchiatura MT Merlin Gerin Nella tabella sono riportate le principali caratteristiche delle apparecchiature di media tensione previste per la manovra e la protezione delle batterie di condensatori. Le varie prove effettuate in laboratorio ed i calcoli teorici sull usura dei contatti secondo la legge di Weibull, ci permettono di garantire un elevato numero massimo di manovre per ogni apparecchiatura, in funzione del valore di corrente di chiusura (vedi tabella ). La frequenza d oscillazione ha poca influenza sull usura dei contatti e sul comportamento dell apparecchio. Tabella : caratteristiche principali dell apparecchiatura MT interruttori potere di interruzione corrente nominale potere di interruzione su batterie di condensatori SF 0 ka / 7,5 kv 400 e 630 A 440 A 6 ka / 4 kv,5 ka / 36 kv GI 3,5 ka / kv da 630 a 600 A da 500 a 000 A 5 ka / 36 kv GL 50 ka / 7, kv da 50 a 4000 A da 000 a 350 A 40 ka / 4 kv 3,5 ka / 36 kv VO 50 ka / 7, kv da 630 a 4000 A da 400 a 630 A 40 ka / kv 0 ka / 4 kv Rollarc 0 ka / 7, kv 400 A 40 A (contattore) 8 ka / kv MERLINI GERIN - Dossier Tecnico n 6

Tabella : scelta dell'apparecchiatura MT in relazione alla durata elettrica interruttori numero massimo Ich. corrispondente numero di manovre Iencl.max. di manovre: Nmax a Nmax - kacresta alla Ich.max kacresta GI 0.000 0 3.500 5 GL 0.000 3.500 5 SF 0000 0 3.500 5 VO 0.000 0 3.500 5 Rollarc 300.000 0.000 8 (contattore) Nota: le caratteristiche complete dell'apparecchiatura MT sono riportate nei cataloghi tecnici. fig. fig. MERLINI GERIN - Dossier Tecnico n 6 3

Apparecchiatura di manovra per le batterie di condensatori MT Tabella 3: calcolo delle correnti di chiusura batteria singola batteria frazionata (caso di gradini uguali) potenza della batteria Lo = induttanza di cortocircuito della rete Scc = 3UIcc con U/ 3 = LoωIcc n = numero di gradini in servizio quando si inserisce l'n+ esimo l=induttanza limitatrice (0,5 µh/m) = ω = 3 ; Q= potenza di ciascun gradino Q = U Cω = 3UIcapa Q U C UIcapa corrente di picco di chiusura Scc Ie = Icapa = Icapa Ie U n C n fe = = Icapa LoC ω Q 3 n + l n + f frequenza propria d'oscillazione fe = fe = π LoC π l C corrente di picco massima della batteria 00 Icapa 00 Icapa durata elettrica dell'apparecchiatura vedi tabella vedi tabella corrente nominale dell'apparecchiatura In Icapa In Icapa 07, 07, coefficiente di sovratensione (lato rete) p.u. n + pu n +.. coefficiente di sovratensione (lato batteria) p.u. n pu.. n+ induttanza limitatrice in generale, non si utilizza l'induttanza in generale, è necessario utilizzare limitatrice (tranne nel caso di Scc elevata l'induttanza limitatrice e Q bassa) calcolo dell'induttanza limitatrice 6 0 Q U L L 6 0 Q n ω 3( Ich.max.) Scc 3 ω n+ ( Ich.max.) Nota: per la definizione dei simboli utilizzati vedere pag. 3. L: µh Q: MVAr Scc: MVA Ich.max.: kâ 4 MERLINI GERIN - Dossier Tecnico n 6

7. Bibliografia Norme IEC 56, 987 CEI 7., 990 ANSI C37-09, 979 ANSI C37-06, 979 Pubblicazioni Economic optimisation of capacitor banks. C.G. POUZOLS pubblicazione Merlin Gerin Electra n 6 Circuit-breaker stresses when switching back - to - back capacitor banks Electra n 87 Requirements for capacitive current switching tests emploing synthetic test circuit for circuit-breakers without shunt resistors Prescrizioni ENEL Doc. Unificazione Dy 50 Rapporti di prova CESI su interruttori Merlin Gerin MERLINI GERIN - Dossier Tecnico n 6 5

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Schneider Electric S.p.A. 004 AGRATE (MI) Italia Tel. 039 6558 Fax 039 6056900 www.schneiderelectric.it In ragione dell evoluzione delle Norme e dei materiali, le caratteristiche riportate nei testi e nelle illustrazioni del presente documento si potranno ritenere impegnative solo dopo conferma da parte di Schneider Electric.