Appunti di Sistemi elettrici 1

Appunti di Sistemi Elettrici 1

1: I COMPONENTI DEI SISTEMI ELETTRICI

• IL SISTEMA ELETTRICO

L’energia elettrica può essere facilmente trasformata in altre forme di energia, poiché è un’infrastruttura critica, il sistema elettrico deve essere affidabile. A seguito di perturbazioni si distaccano dei generatori, finché il sistema non riesce più a trovare l’equilibrio e si spegne (BLACK-OUT).

La riattivazione e riaccensione del sistema è molto complicata poiché molti macchinari non funzionano se non c’è tensione in rete. La rete di trasmissione è il primo livello, si avviene un guasto viene sentito su tutto il resto della linea, quindi deve essere il più affidabile possibile. Il sistema elettrico è maggiormente progettato e deve essere in grado di stare in piedi alla N-1, cioè qualunque elemento viene tolto, il sistema deve stare in piedi. Nel sistema elettrico vi ha un riservo caldo ed una riserva fredda.

Le riserve calde sono le centrali che stanno producendo ma possono produrre di più. Le riserve fredde sono le centrali spente che si devono portare in servizio.

In una situazione nella quale si distaccano le linee vi ha il fenomeno del collasso di tensione, cioè si abbassa la tensione e la frequenza. Se la frequenza scende sotto i 47,5 Hz si staccano le centrali.

• STRUTTURA DEL SISTEMA ELETTRICO

Il Sistema Elettrico Europeo è migliorato, il grosso vantaggio è che se tutto è interconnesso ha il supporto anche degli altri sistemi che interagiscono se si verifica un problema. È sempre necessario avere un equilibrio tra richiesta e generazione di energia, la generazione tende a seguire il carico (load following). Molta generazione è da fonte rinnovabile, difficilmente controllabile.

Affinché il sistema funzioni correttamente è ha la necessità del controllo continuo della regolazione della frequenza e potenza attiva, regolazione della tensione e della potenza reattiva, infine, il monitoraggio per garantire la sicurezza statica e dinamica (load flow). Lo maggior parte del controllo è eseguibile nelle centrali di produzione.

- ACCC (uso di un nucleo ibrido di fibra di vetro e carbonio al posto della corda d'acciaio, nucleo più leggero,

bassissimo coefficiente di espansione termica (franco), maggiore portata del conduttore, estremamente costoso

e meno flessibile degli ACSR).

Le linee di guardia servono a proteggere i conduttore dal fenomeno della fulminazione, picche’ è probabile il conduttore

venga a trovarsi a diverse differenza di potenziale tra il conduttore e lo scaricatore a terra.

Nelle linee aeree aumentare la capacita’ di trasporto significa aumentare i margini di sicurezza del sistema

senza costruire linee nuove: tale capacita’ e’ limitata dal problema tecnico sul conduttore e dalla distanza

dei conduttori, l’aumento della capacita’ di trasporto deve trovare attento impiego di interventi di manutenzione

e sostituzioni di pezzi del conduttore, esempio quello che si possono realizzare nelle linee, oppure con la sostituzione del

conduttore esistente con uno che possa trasportare una maggiore quantità di corrente.

LINEE IN CAVO

Hanno minore impatto visivo ed ambientale, hanno vantaggi in termini di: affidabilità; minore vulnerabilità ai

guasti

- limitazione nell’uso delle linee in cavo

In condizioni normali, un cavo in AT e’ sempre caricato al di sotto della propria Potenza Contrattuale (PC) che e’

molto più grande della massima potenza trasportabile al limite termico del cavo (thermal rating). In ogni condizione,

il cavo deve avere surplus di potenza rispetto a quanto occorre, dovuto alla maggiore capacita’ del cavo rispetto ad una linea

aerea. All’aumentare della lunghezza, questo corrente di carico presente nel cavo diventa una frazione significativa

della portata del cavo, quindi, riduzione della potenza attiva trasmissibile. La lunghezza critica di un cavo con

isolamento in olio fluido e’ circa 80 km a 220 kV e 50 km a 380 kV (distribuzione radiale, fattore di potenza = 1).

L’introduzione dei cavi isolati in XLPE (minore capacita’ e’ sterilcio) ha migliorato queste prestazioni, aumentando

la lunghezza critica. Inoltre, se il cavo e’ opportunamente comparto alle effettive, cosi che la potenza

restituita in esercizio si distribuisce equamente tra i due esterni, la lunghezza massima discreta è volte la lunghezza

critica.

• conduttore

• schermo semi-conduttore

• isolamento

• schermo semi-conduttore

• guscio

• strato protettivo anti-corrosivo

LINEE ELETTRICHE ISOLATE IN SF6 (GIL)

Le linee isolate con gas garantiscono caratteristiche tecniche, ambientali e gestionali da renderle un’ottima alternativa

nelle zone in cui non e’ possibile installare linee aeree o linee in cavo, e dove e’ richiesta la trasmissione di

elevate potenze a criticita’ breve terme.

- Vantaggi: minimo spazio richiesto; campo elettromagnetico trascurabile (A/T); minime flessibilità di installazione,

aumento della capacita’ di trasmissione senza aumentare la tensione (P=VI cosΦ); minima dispersione di correnti di perdita,

- Vantaggi in AC: minimo spazio richiesto per il passaggio della linea, minimo impatto sui corridoi di passaggio

- Vantaggi in DC: minimo spazio richiesto per i corridoi di passaggi; della linea, elevata capacità di trasmissione, con

MONTANTE

Il montante o "telaio" è l'insieme di apparecchiature e connessioni che realizzano una derivazione dal sistema di sbarre. Un montante di linea o di macchina è costituito da: sezionatore, interruttore TA e TV, scaricatore e relative connessioni.

INTERRUTTORI

In AT vengono utilizzati interruttori in olio e interruttori in SF6.

• Interruttori in olio: una delle tipologie più vecchie di interruttori. Quando scocca l'arco, l'olio intorno vaporizza e smaltisce il calore emettendo bolle di idrogeno che tendono ad allungare l'arco. L'olio che circonda l'arco si decompone, creando un ambiente non infiammabile che consente una decisa azione di estinzione. L'olio che circonda l'arco deve essere rigenerato perché diventa conduttivo ed è necessario manutenzione e smaltimento per la potenzialità dell'olio.
• Interruttori in SF6: con l'avvento dell'esafluoro di zolfo oramai tutti gli interruttori sono isolati in SF6.

SEZIONATORI

La differenza tra i vari sezionatori è la capacità di poter aprire il circuito il più rapidamente possibile, e distanziare i due elementi in modo da sviluppare l'arco verso l'alto, quindi l'arco si allunga, si raffredda e si estingue.

• Sezionatore con snodo centrale: è uno dei più usati. Apertura laterale: le due colonne isolanti ruotano aprendo i due bracci - sezionisti.
• Sezionatore con braccio verticale: l'apertura del sezionatore avviene in verticale (rotazione verso l'alto del braccio), realizzando la minor distanza possibile tra le fasi.
• Sezionatore a pantografo: caratterizzato da bracci a "forbici"; la particolare geometria garantisce un ottimo funzionamento. Nessuna difficoltà a rompere eventuali carichi di ghiaccio che si possono formare in condizioni meteorologiche avverse.
• Sezionatore a rotazione: costituito da tre colonnine di supporto isolanti, la colonnina centrale è montata su un'unità rotante, mentre sulle due colonnine esterne sono montati i contatti fissi. È impiegato nelle stazioni elettriche con limitato spazio tra le fasi, e dove l'apertura verticale non è possibile. Sono adatti anche ad aprire deboli correnti di magnetizzazione e trasformatori a vuoto.
• Sezionatore tipo knee: la minore necessità di spazio per operare sia in verticale sia in orizzontale. Spesso usati per sezionatori indoor fino a 120 kV-230 kV, in outdoor per tensioni superiori.
• Sezionatore di terra: assicura la completa de-energizzazione dei componenti elettrici di un montante. Sono disponibili per tutte le tensioni nominali in AT e AAT. Possono essere realizzati come componenti singoli o integrati nei normali sezionatori di linea.

DISPOSITIVI DI MISURA

• Trasformatori di corrente (TA)
• Trasformatori di tensione (TV)

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