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

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Presentazione sul tema: "Reti elettriche: teoria e applicazioni. Linee. Paolo Pelacchi."— Transcript della presentazione:

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

2 reti elettriche - linee2 Linee -Le linee per il trasporto e la distribuzione dellenergia elettrica costituiscono un elemento piuttosto complesso e devono essere analizzate con riferimento ai seguenti aspetti: 1.Comportamento meccanico ed elettromeccanico. 2.Comportamento termico. 3.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.

3 reti elettriche - linee3 Linee aeree

4 reti elettriche - linee4 Linee aeree

5 reti elettriche - linee5 Linee aeree Sud Africa

6 reti elettriche - linee6 Linee aeree svezia

7 reti elettriche - linee7 Linee aeree

8 reti elettriche - linee8 Linee aeree olanda

9 reti elettriche - linee9 Linee aeree

10 reti elettriche - linee10 Linee aeree california

11 reti elettriche - linee11 Linee aeree

12 reti elettriche - linee12 Linee aeree UK

13 reti elettriche - linee13 Linee aeree

14 reti elettriche - linee14 Linee aeree

15 reti elettriche - linee15 Linee aeree indonesia

16 reti elettriche - linee16 Linee aeree

17 reti elettriche - linee17 Linee aeree

18 reti elettriche - linee18 Linee aeree

19 reti elettriche - linee19 Linee aeree

20 reti elettriche - linee20 Linee aeree

21 reti elettriche - linee21 Linee aeree

22 reti elettriche - linee22 Linee aeree canada

23 reti elettriche - linee23 Linee aeree

24 reti elettriche - linee24 Linee aeree

25 reti elettriche - linee25 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

26 reti elettriche - linee26 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 dellaria, 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.

27 reti elettriche - linee27 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).

28 reti elettriche - linee28 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.

29 reti elettriche - linee29 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 dellaltra, ma le sovratensioni associate al fenomeno sono più rilevanti.

30 reti elettriche - linee30 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.

31 reti elettriche - linee31 Linee aeree e fulminazione fulminazione indiretta fulminazione diretta

32 reti elettriche - linee32 Linee aeree e fulminazione Fulminazione indiretta in prossimità di una linea in alta tensione

33 reti elettriche - linee33 Linee aeree e fulminazione

34 reti elettriche - linee34 Linee aeree e fulminazione Fulminazione diretta in una linea in bassa tensione

35 reti elettriche - linee35 Linee aeree e fulminazione Fulminazione diretta in linee aeree in bassa tensione

36 reti elettriche - linee36 HVDC cables Linee in cavo

37 Lunghezza della connessione in cavo8.3 km Lunghezza totale di cavo50 km circa Lunghezza delle singole pezzaturefino a 800 m Portata nominale per cavo (continuativa) 1600 A Conduttore Milliken 2000 mm2 Isolante XLPE Guaina metallica Alluminio saldato Turbigo - Rho 400 kV

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39 reti elettriche - linee39 Cavo per alta tensione in olio condotto olio conduttore isolante schermi isolante esterno (cintura) armatura metallica guaina esterna

40 reti elettriche - linee40 CAVO PER MT TRIPOLARE conduttore settoriale

41 reti elettriche - linee41 CAVO PER BT TRIPOLARE

42 reti elettriche - linee42 -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 donda 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. Modelli elettrici delle linee

43 reti elettriche - linee43 s s t t r r V Q Q I d P H E H = f( I,1/d) E = g(V,1/d) Modelli elettrici delle linee

44 reti elettriche - linee44 Modelli elettrici delle linee -Le espressioni sotto riportate ipotizzano che il due campi (elettrico e magnetico) agiscano in maniera indipendente.

45 reti elettriche - linee45 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)

46 reti elettriche - linee46 0 0,2 0,4 0, kV 132 kV 20 kV R/X Modelli elettrici delle linee -Linduttanza longitudinale aumenta allaumentare della distanza tra le fasi e diminuisce allaumentare del raggio equivalente. -La capacità trasversale aumenta al diminuire della distanza tra le fasi e diminuisce al diminuire del raggio equivalente.

47 reti elettriche - linee Z c kV 132 kV 20 kV Modelli elettrici delle linee -Impedenze caratteristiche tipiche delle linee italiane -La potenza caratteristica è definita dalla seguente espressione Potenze caratteristiche P car-400 = 640 MW P car-220 = 130 MW P car-132 = 45 MW

48 reti elettriche - linee48 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: -Q aerea = 0.7 MVAR/km per linee aeree (400 kV) -Q cavo = MVAR/km per linee in cavo XLPE (400 kV) -La potenza reattiva prodotta dalla linea riduce la portata della linea stessa.

49 reti elettriche - linee49 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.

50 reti elettriche - linee50 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. -Laumento 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

51 reti elettriche - linee51 Nuove tipologie di conduttori per linee aeree -Laumento della capacità di trasporto dei conduttori può essere ottenuto attraverso: -Aumento della sezione utile (a parità di diametro) -Miglioramento della dissipazione del calore -Aumento della temperatura di esercizio -Soluzioni costruttive che soddisfino tali requisiti sono: -Uso di conduttori compatti -Uso di conduttori verniciati -Uso di conduttori per alta temperatura

52 reti elettriche - linee52 Costi -Costi delle linee per unità di potenza.


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