Appunti di Technologies for HVDC and HVAC transmission systems

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Author: chestecca

Revisionato il 11/07/2026

di chestecca

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Appunti dell'esame di Technologies for HVDC and HVAC transmission systems facente parte del Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria dell'Energia Elettrica all'Università di Padova. …

Esame Technologies for hvdc and hvac transmission systems

Facoltà Ingegneria

Dal corso del Prof. Dambone Sessa Sebastian

Università Università degli Studi di Padova

A.A. 2020-2021

72 pagine

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Technology for HVDC and HVAC transmission systems

Cavi - 1° capitolo

Riassunto sulle reti di trasmissione

Negli ultimi anni è cresciuto molto l'interesse delle nazioni nell'ambiente e, di conseguenza, è aumentata la produzione di energia da fonti rinnovabili, accelerando il fenomeno della energy transition. Il problema è che adattare la rete di trasmissione non ha la stessa velocità della costruzione di impianti a fonte rinnovabile; inoltre, le fonti rinnovabili creano nell'intermittenza di potere (variazione richiesta/tensione).

Nel piano al 2030 con la energy transition, nel mondo si stanno sostenendo ingenti costi per adattare la linea di trasmissione: per rinforzare la rete elettrica sono necessari investimenti enormi (vero/falso) e perciò in qualsiasi danno che alla nuova linea incombe comporta perdite economiche importanti.

Per salvaguardare la linea dai guasti risulta fondamentale l'isolamento che consente la trasmissione di potenza. La tecnologia dei cavi è importante perché risulta oggi, in Europa, quasi impossibile costruire nuove linee aeree per colmare l'ingresso di impianti fonti rinnovabili. Ciò perché le linee aeree hanno grande impatto ambiente e presentano una difficoltà nel fare accettare le emissioni elettromagnetiche alla popolazione.

Dato un cavo con:

r_o = raggio isolante
r_i = raggio conduttore

In C.A. la formula del campo elettrico è derivante dal raggio:
E = (U_o / r ln (r_o / r_i)) [kV/mm]

Il parametro che governa il comportamento del campo elettrico degli isolanti solidi alimentati in corrente alternata è la permittività (o costante dielettrica dell'isolante). Quest'ultima non compare nella formula del campo elettrico semplicemente perché, in AC, la si considera costante in ogni condizione operativa.

Ricaviamo la formula del campo elettrico partendo dal teorema di Gauss:
Φ = 2πrℓE(r) = Q/ε
Da cui: E(r) = Q/ε2πrℓ
ΔV = ∫_{r_i}^r_o E(r) = ∫_{r_i}^r_o (Q/ε2πrℓ) dr = (Q/ε2πℓ) ln r_o/r_i
Q = (ΔVE2πℓ/ln r_o/r_i) → Se la sostituisco nella formula del flusso Φ, trovo la E(r) sopra.

Permittività e polarizzazione

Sappiamo che in AC la permittività è costante lungo il raggio; ma cos'è fisicamente la permittività? È un parametro che indica come un isolante risulta polarizzato dall'applicazione di un campo elettrico.

Studiamo cosa significa polarizzazione:

Se il dielettrico non è soggetto ad un campo elettrico, la struttura dell'atomo è neutrale. Se applico un campo elettrico esterno al dielettrico, vi è una polarizzazione:

Gli elettroni all'interno degli atomi sono attratti dal polo positivo del campo elettrico;
I protoni sono invece attratti dal polo negativo del campo elettrico.

Ne risulta la formazione di più dipoli orientati in modo da contrastare il campo elettrico esterno (verso contrario). Si forma quindi l'induzione elettrica D [C/mm²], chiamato così perché viene appunto "indotto" un campo elettrico interno a caso dell'effetto della polarizzazione. E = E_ext + E_int < E_ext.

Si ottiene che, variando il campo elettrico esterno, il rapporto D/E si riduce, ma questo rapporto è costante ed è chiamato costante dielettrica (è quindi cost. in AC perché dipende volumente dal campo elettrico esterno):

NB: La permittività in un isolamento di un cavo deve essere la più bassa possibile!!! Se si è in AC a 50 Hz, la polarizzazione si ha 50 volte al secondo e ciò comporta generazione di calore nel dielettrico che ha effetti collaterali.

Tipologie di polarizzazione

La tipologia di polarizzazione sopracitata è detta nuclear polarization. Vi è anche un'altra tipologia detta atomic polarization: il reticolo cristallino senza campo elettrico applicato ha una struttura neutra; se io applico un campo, il reticolo si deforma e con i suoi atomi si deforma anch'esso.

Un'altra tipologia di polarizzazione è la dipolar polarization: talvolta le molecole non sono neutre e hanno già di per sé una loro polarità.

La 4^a tipologia è la interfacial polarization: è attualmente impossibile ottenere una perfetta struttura del dielettrico. Possono esistere delle impurità/umidità nel dielettrico.

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