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Reti elettriche: teoria e applicazioni. Linee. Paolo Pelacchi

Reti elettriche: teoria e applicazioni. Linee. Paolo Pelacchi. Linee. Le linee per il trasporto e la distribuzione dell’energia elettrica costituiscono un elemento piuttosto complesso e devono essere analizzate con riferimento ai seguenti aspetti: Comportamento meccanico ed elettromeccanico.

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Reti elettriche: teoria e applicazioni. Linee. Paolo Pelacchi

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Presentation Transcript

  1. Reti elettriche: teoria e applicazioni. Linee. Paolo Pelacchi

  2. Linee • Le linee per il trasporto e la distribuzione dell’energia elettrica costituiscono un elemento piuttosto complesso e devono essere analizzate con riferimento ai seguenti aspetti: • Comportamento meccanico ed elettromeccanico. • Comportamento termico. • Comportamento elettrico. • Mentre il 2° ed il 3° aspetto devono essere tenuti in conto, in generale, per ogni tipologia di linea, il 1° è caratteristico delle linee aeree, siano esse a conduttore nudo o isolato. reti elettriche - linee

  3. Linee aeree reti elettriche - linee

  4. Linee aeree reti elettriche - linee

  5. Linee aeree Sud Africa reti elettriche - linee

  6. Linee aeree svezia reti elettriche - linee

  7. Linee aeree reti elettriche - linee

  8. Linee aeree olanda reti elettriche - linee

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  22. Linee aeree canada reti elettriche - linee

  23. Linee aeree reti elettriche - linee

  24. Linee aeree reti elettriche - linee

  25. Linee aeree: problemi meccanici • Per quanto riguarda le sollecitazioni di tipo meccanico esse sono dovute essenzialmente alle modalità di montaggio della linea (tiro in EDS) ed alle condizioni ambientali. • Il progetto meccanico delle linee aeree viene effettuato generalmente considerando le seguenti condizioni di carico: • Condizione EDS • Presenza di sovraccarichi di ghiaccio e di vento • Rotture di conduttori reti elettriche - linee

  26. Linee aeree: problemi termici • Per quanto riguarda i fenomeni termici associati al funzionamento in condizioni normali o di sovraccarico deve essere osservato che: • La temperatura del conduttore dipende non solo dalla corrente che lo attraversa ma anche dalle condizioni meteo (temperatura dell’aria, vento, insolazione). • Il riscaldamento eccessivo produce una ricottura che influisce sulla durata del conduttore. • Il riscaldamento provoca un aumento di franco (cfr. black out italiano) che può risultare critico in alcune campate. reti elettriche - linee

  27. Linee aeree: problemi elettromeccanici • Il problema elettromeccanico delle linee aeree è essenzialmente dovuto alle correnti di guasto. • Le sollecitazioni elettrodinamiche vengono prodotte dalle correnti di cto. cto. derivanti da guasti polifase, sia con neutro a terra sia con neutro isolato (linee MT). • Da tale fenomeno possono essere escluse le linee in c.c. in quanto i relativi sistemi di trasmissione funzionano a corrente impressa (e quindi costante). • Alle sollecitazioni elettrodinamiche sono associate anche sollecitazioni termiche (effetto joule). reti elettriche - linee

  28. Linee aeree: problemi elettromeccanici • La forza applicata per unità di lunghezza a due conduttori paralleli percorsi entrambi da una corrente I è: • La massima corrente di cto. cto. di una rete MT è di 12.5 kA; se il conduttore è leggero possono sorgere problemi. • Ulteriori problemi dovuti ad aumento momentaneo dei franchi ed a possibili intrecci. reti elettriche - linee

  29. Linee aeree e fulminazione • Il fenomeno della fulminazione interessa solamente le linee elettriche aeree. • La fulminazione può essere: • Diretta, quando il fulmine colpisce direttamente un conduttore o una fune di guardia • Indiretta, quando il fulmine cade nelle vicinanze della linea • La probabilità di avere una fulminazione diretta è più bassa dell’altra, ma le sovratensioni associate al fenomeno sono più rilevanti. reti elettriche - linee

  30. Linee aeree e fulminazione • Il sistema di protezione tipicamente utilizzato è rappresentato dalle funi di guardia; queste hanno però efficacia praticamente solo per linee con tensioni nominali superiori a 400 kV. • In pratica per tensioni inferiori a 100 kV le funi di guardia non garantiscono alcuna protezione. • In Italia le linee in MT (10 – 20 kV) non hanno la fune di guardia. reti elettriche - linee

  31. Linee aeree e fulminazione fulminazione indiretta fulminazione diretta reti elettriche - linee

  32. Linee aeree e fulminazione Fulminazione indiretta in prossimità di una linea in alta tensione reti elettriche - linee

  33. Linee aeree e fulminazione reti elettriche - linee

  34. Linee aeree e fulminazione Fulminazione diretta in una linea in bassa tensione reti elettriche - linee

  35. Linee aeree e fulminazione Fulminazione diretta in linee aeree in bassa tensione reti elettriche - linee

  36. Linee in cavo HVDC cables reti elettriche - linee

  37. Turbigo - Rho 400 kV Lunghezza della connessione in cavo 8.3 km Lunghezza totale di cavo 50 km circa Lunghezza delle singole pezzature fino a 800 m Portata nominale per cavo (continuativa) 1600 A Conduttore Milliken 2000 mm2 Isolante XLPE Guaina metallica Alluminio saldato

  38. Turbigo - Rho 400 kV

  39. Cavo per alta tensione in olio condotto olio conduttore isolante schermi isolante esterno (cintura) armatura metallica guaina esterna reti elettriche - linee

  40. CAVO PER MT TRIPOLARE conduttore settoriale reti elettriche - linee

  41. CAVO PER BT TRIPOLARE reti elettriche - linee

  42. Modelli elettrici delle linee • Le linee elettriche (aeree o in cavo) sono elementi nei quali una delle dimensioni (lunghezza) può raggiungere valori dello stesso ordine di grandezza della lunghezza d’onda dei segnali che vi circolano (a 50 Hz circa 6000 km). • Per tale motivo questo componente non può essere descritto con modelli elettrici a parametri concentrati; si devono quindi sviluppare modelli che tengano conto di questa realtà: modelli a parametri distribuiti. • Anche il calcolo delle cosiddette “costanti” delle linee viene effettuato tenendo conto di tale realtà. reti elettriche - linee

  43. Modelli elettrici delle linee E = g(V,1/d) H = f( I,1/d) Q Q r r s s t t I d H V P E reti elettriche - linee

  44. Modelli elettrici delle linee • Le espressioni sotto riportate ipotizzano che il due campi (elettrico e magnetico) agiscano in maniera indipendente. reti elettriche - linee

  45. Modelli elettrici delle linee • In definitiva, tenendo conto delle ipotesi prima fatte e delle leggi dei campi elettrico e magnetico è possibile dimostrare che valgono le seguenti espressioni (valide per unità di lunghezza) reti elettriche - linee

  46. 1 0,8 R’/X’ 0,4 0,2 0 380 132 20 kV kV kV Modelli elettrici delle linee • L’induttanza longitudinale aumenta all’aumentare della distanza tra le fasi e diminuisce all’aumentare del raggio equivalente. • La capacità trasversale aumenta al diminuire della distanza tra le fasi e diminuisce al diminuire del raggio equivalente. reti elettriche - linee

  47. 600 500 Zc 300 200 100 0 380 132 20 kV kV kV Modelli elettrici delle linee • Impedenze caratteristiche tipiche delle linee italiane Potenze caratteristiche Pcar-400 = 640 MW Pcar-220 = 130 MW Pcar-132 = 45 MW • La potenza caratteristica è definita dalla seguente espressione reti elettriche - linee

  48. Considerazioni su linee aeree/cavo • Valori tipici delle capacità per unità di lunghezza delle linee sono i seguenti: • c’aerea = 13 nF/km per linee aeree (400 kV) • c’cavo = 250 nF/km per linee in cavo XLPE (400 kV) • La potenza reattiva prodotta dalle linee risulta quindi pari a: • Qaerea = 0.7 MVAR/km per linee aeree (400 kV) • Qcavo = 10 12 MVAR/km per linee in cavo XLPE (400 kV) • La potenza reattiva prodotta dalla linea riduce la portata della linea stessa. reti elettriche - linee

  49. Considerazioni su linee aeree/cavo • In pratica, a seconda della tecnologia utilizzata, dopo poche decine di km la potenza reattiva prodotta da una linea in cavo eguaglia la portata del cavo, cioè la portata del cavo è saturata dalla potenza reattiva da lui stesso prodotta. • Occorre quindi procedere a tecniche di compensazione (reattanze shunt). • In pratica, per una linea mista aerea-cavo, non si possono superare 20 km in assenza di compensazione. reti elettriche - linee

  50. Linee aeree: aumento della capacità di trasporto • Lo sviluppo della richiesta di energia nel tempo comporta la necessità di aumentare la capacità di trasporto. • I limiti alla capacità di trasporto sono imposti dai fenomeni di ricottura dei conduttori e dalla diminuzione dei franchi verso terra delle fasi. • L’aumento della capacità di trasporto può essere ottenuta tramite: • Impiego di sistemi di monitoraggio in tempo reale del comportamento della linea al variare della potenza trasportata • Sostituzione del conduttore esistente con uno che possa trasportare una maggiore quantità di corrente reti elettriche - linee

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