Componenti e Tecnologie Elettriche

VANTAGGI

• Affidabilità per la presenza dell’acciaio, che garantisce ampi margini di sicurezza;

SVANTAGGI

• A causa dei diversi coefficienti di dilatazione termica dei due materiali componenti, una gran parte degli

sforzi meccanici è sopportata dai soli fili di alluminio.

• °C.

Temperatura massima di esercizio continuativo non superiore a 85

Nella tradizione americana e in quella inglese tali conduttori sono identificabili con nomi di uccelli (Condor,

Crane, Canary, ecc.) e animali (Zebra, Elk, Camel, Moose, etc.).

Appunti di Componenti e tecnologie elettriche 14

Calcolo delle catenarie dei conduttori

Il poligono funicolare, generato da un conduttore sospeso a due appoggi, assume la configurazione di una

catenaria sia se gli appoggi sono a livello, sia se non lo sono. Nella figura che segue è riportata la

configurazione geometrica assunta dal il conduttore.

Equazione della catenaria

dove prende il nome di parametro della catenaria, [kgf] è il tiro orizzontale calcolato nel vertice,

[kgf/m] è il peso per unità di lunghezza (o peso equivalente per unità di lunghezza).

Fissato il peso del conduttore, la curvatura della catenaria dipende solo dal tiro nel vertice.

Il tiro effettivo è Q, risultante tra T e il peso del conduttore nel tratto V-P. Il tiro orizzontale è uguale in ogni

0

punto. F è la freccia, distanza verticale tra punto medio M e la corda.

Nella configurazione sopra rappresentata, il tiro in 2 è maggiore di quello in 1 perché il peso non è uguale

essendo a livelli diversi i due vertici. Appunti di Componenti e tecnologie elettriche 15

Calcolo della freccia della catenaria

Nei calcoli pratici si fa uso di sviluppi in serie, arrestando i calcoli al secondo ordine. Per il calcolo della freccia,

l’equazione che si ottiene dallo sviluppo in serie di Taylor della catenaria è:

dove: p è il peso proprio del conduttore, T è il tiro in EDS. b è la corda, a è la distanza rispetto l’asse x dei

0

conduttori. Questa formula vale per campate a dislivello. Nel caso di campate a livello al posto di T’ abbiamo

solo T .

0

La freccia aumenta con il peso del conduttore in modo quadratico. In Italia abbiamo linee Al-Ac. I cavi in solo

Al non possono essere tirati molto, quindi le frecce saranno maggiori. I fattori che portano problemi su un

conduttore sono:

 il ghiaccio, che aumenta il peso;

 il vento, che spinge il peso su isolatori e tralicci.

Il rapporto f/lunghezza campata è di solito <10.

Calcolo del peso equivalente in presenza di vento e manicotto di ghiaccio

La formula per determinare è la medesima, dove però è un peso equivalente.

La spinta laterale del vento infatti genera uno sbandamento del conduttore di ampiezza «α» il quale implica

che la catenaria non è più disposta sul piano perpendicolare al terreno, ma è disposta su un piano obliquo.

Appunti di Componenti e tecnologie elettriche 16

Il valore di (la spinta del vento) è calcolabile a partire dalle indicazioni presenti nel decreto del 21/03/88.

Il valore di è dato dalla somma del peso del conduttore e di quello del manicotto. Il peso equivalente sul

conduttore è quindi

Lo sbandamento è funzione della spinta del vento secondo la relazione:

Risultano quindi anche valide le relazioni:

Variazioni di stato

Quando si costruisce una linea si deve prevedere una distanza tra le opere e gli oggetti attraversati. Queste

distanze sono tabellate sulle norme. Si deve così prendere una temperatura a cui verificare che l’opera

realizzata le rispetti. La temperatura massima è sancita dalle norme.

Come abbiamo visto prima se c’è vento o ghiaccio cambia il peso del conduttore, quindi cambia il tiro e di

conseguenza la freccia e le distanze.

È importante quindi l’analisi di cosa accade ad una campata, con un certo peso ed un certo tiro, che viene

sottoposta ad una forza superiore che comporta un aumento del tiro.

La campata è la distanza tra i tralicci di una conduttura elettrica.

La variazione di stato ( o Equazione del cambiamento di stato) è quell’equazione che in funzione delle

quantità note , , e note le caratteristiche geometriche della campata (coefficiente di

dilatazione termica [1/°C], sezione S [mm^2], modulo elastico E [kgf/mm^2]) permette di ricavare la

quantità incognita .

: tiro orizzontale in una fune sospesa ad una temperatura ed un peso unitario

: tiro orizzontale in una fune sospesa ad una temperatura ed un peso unitario

Quindi conoscendo la temperatura massima e il peso equivalente, si può ricavare il nuovo tiro della corda.

Si possono presentare 4 casi in cui varia l’equazione di stato:

Campata unica a livello 2 2 2 2

−

1 2 01 02

( )

− − − − =0

1 2

2 2

24 24

01 02

Campata unica a dislivello Appunti di Componenti e tecnologie elettriche 17

In essa, al posto dei tiri orizzontali, compaiono i tiri diretti secondo la corda b, i quali sono legati ai tiri

orizzontali dalla seguente relazione:

Gruppo di campate a livello

Qualora si trascurino gli squilibri tra i tiri orizzontali delle campate adiacenti a ciascun palo di sospensione, è

possibile sostituire al gruppo di campate una campata equivalente anch’essa a livello, di lunghezza

3

∑

√

=

∑

Gruppo di campate a dislivello

Questa, si comporta agli effetti della variazione di stato come un’unica campata a dislivello di lunghezza

orizzontale e distanza fra gli appoggi date dalle seguenti espressioni:

Pertanto nell’equazione del cambiamento di stato, oltre alla campata equivalente , bisogna introdurre il

tiro diretto secondo la corda il quale è espresso in funzione del tiro orizzontale dalla seguente relazione:

Norme di riferimento per il dimensionamento delle linee elettriche

La legislazione sugli elettrodotti segue il Decreto interministeriale 21/03/88, n. 449: «Approvazione nelle

norme tecniche per la progettazione, l’esecuzione e l’esercizio delle linee elettriche aeree esterne.» I cui

punti essenziali sono i seguenti:

1.2.08. Zona di sovraccarico. - Agli effetti delle presenti norme per il calcolo delle linee elettriche, l’Italia è

suddivisa nelle seguenti zone:

Zona A - comprendente le località ad altitudine non superiore agli 800 m s.l.m. dell’Italia centrale,

meridionale ed insulare;

Zona B - comprendente tutte le località dell’Italia settentrionale e le località ad altitudine superiore a 800

m s.l.m. dell’Italia centrale, meridionale ed insulare.

1.2.12. Sostegni.

2.1.05. Altezza dei conduttori sul terreno e sulle acque non navigabili.

2.1.06. Distanze di rispetto per i conduttori.

2.1.07. Distanze di rispetto per i sostegni.

2.1.10. Angolo di incrocio tra linee elettriche ed opere attraversate.

Appunti di Componenti e tecnologie elettriche 18

2.2.04. Ipotesi di calcolo.

2.2.05. Sollecitazioni massime Appunti di Componenti e tecnologie elettriche 19

Parte 3 – La rigidità dielettrica e la scarica

Introduzione

I materiali isolanti sono usati nei componenti elettrici per isolare le parti metalliche a diverso potenziale. La

durata di vita di un componente è collegata alla durata dell’isolante.

Una prima classificazione degli isolanti può essere fatta nel seguente modo:

Isolamenti gassosi

 Aria

 SF6

 Azoto

 Miscele

 Vuoto

Isolamenti liquidi

 Ali minerali

 Oli di sintesi: oli siliconici, esteri organici

 Gas liquidi (es. Azoto)

Isolamenti solidi

 Polimeri termoplastici, uso in cavi a BT

 Polimeri termoindurenti, uso in AT, permettono sollecitazioni elettriche più elevate

 Carta naturale e di sintesi, uso nei trasformatori, resistono a campi e temperature elevate

 Isolamenti inorganici

 Materiali compositi

La classificazione degli isolanti può differire anche in uso interno e uso esterno.

Sollecitazioni nei materiali isolanti

- campi elettrici relativamente elevati;

- sollecitazioni termiche;

- sollecitazioni meccaniche cicliche dovute a: dilatazione del rame e del ferro, vibrazioni dovute alla

corrente periodiche o al moto delle parti in movimento, sforzi elettrodinamici di breve durata, ma

molto intensi, dovuti alle sovracorrenti;

- deterioramento chimico esaltato dai valori relativamente elevati della temperatura.

Scelta dell’isolante

Per la scelta dell’isolante ci si può basare su tre considerazioni fondamentali:

1) La risposta dell’isolante ad una sollecitazione dipende dal tipo di sollecitazione:

• se è a frequenza industriale

• se è impulsiva

• se è continua Appunti di Componenti e tecnologie elettriche 20

• se è alternata

2) Le caratteristiche di tenuta, dipendenti dai parametri fisici

3) Configurazione del campo, se è uniforme o non uniforme

Il livello d’isolamento

Il “livello d’isolamento” indica di solito le tensioni di prova da applicare all’isolamento del componente,

senza il verificarsi di danni. Il livello d’isolamento di solito è superiore (spesso molto superiore) al valore della

tensione nominale, e questo perché:

- il dimensionamento dell’isolante deve tener conto delle sovratensioni, di lunga durata o transitorie,

che possono sollecitare la macchina in particolari condizioni d’esercizio o per effetto di anomalie;

→

- è in relazione con l’affidabilità che si intende dare all’apparecchiatura: maggiore sicurezza livello

d’isolamento più alto;

- occorre fissare una ragionevole soglia di tensione minima.

La tensione massima dell’isolamento dovrà essere maggiore della tensione massima nominale del sistema.

L’isolamento

Inizialmente l’isolamento veniva fatto ad aria, però questo comportava molti problemi. Si è passato quindi

all’uso dell’olio, che ha ottime proprietà elettriche. L’uso dell’olio è stato poi abbandonato per passare

all’isolamento misto carta-olio. Dall’olio naturale si è passato al PCB, che però è un olio infiammabile e ad

alto impatto ambientale. Nascono poi gli isolanti solidi che però hanno due problemi: cattivo contatto tra le

parti, impossibilità dello smaltimento del calore.

La rigidità dielettrica

Valore di campo elettrico per cui si ha il 50% di probabilità che avvenga la scarica.

Esiste un valore di tensione per cui, in modo abbastanza improvviso, il dielettrico perde le sue

caratteristiche isolanti e si ha il passaggio di una intensi