Diapositiva 1 - Dipartimento di Ingegneria Industriale

Università degli studi di Padova
Dipartimento di ingegneria industriale
.
G.Pesavento
1
Università degli studi di Padova
Dipartimento di ingegneria industriale
Sistemi 420 kV
1000 kV in alternata
Continua ????
2400 - 3000 kV ad impulso
Laboratori comunque di grosse dimensioni
generatori + oggetto in prova
G.Pesavento
2
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Dipartimento di ingegneria industriale
Tensioni continue
• Prove su tutte quelle parti degli impianti DC
• Misure di resistenza d'isolamento
• Prove nelle quali si vuole sollecitare il dielettrico senza
che esso sia interessato da forti correnti
• Applicazioni industriali (raggi X, elettrostatica etc.)
Tensioni alternate a frequenze industriali
• Prove su tutte le macchine e componenti per AC.
Esse sono le più largamente utilizzate, anche per la
loro più comune disponibilità.
G.Pesavento
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Dipartimento di ingegneria industriale
Tensioni alternate ad alta ( o bassa) frequenza
Sono usate solo in pochi casi particolari.
Generatore di Tesla
Generatori tensioni alternate VLF f< 1 Hz
Tensioni transitorie
Esse intendono rappresentare i fenomeni transitori
esistenti nelle reti. Le più comuni sono le tensioni ad
impulso che riproducono le sovratensioni di origine
atmosferica e quelle di manovra.
G.Pesavento
4
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Dipartimento di ingegneria industriale
Normalmente, nell’ambito delle prove, la tipologia
delle tensioni non è intercambiabile.
In DC la distribuzione di campo dipende dalla
resistività del materiale
In AC dalla permittività dei materiali
Con tensioni impulsive problemi particolari soprattutto
in presenza di avvolgimenti
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Tensione massima
di un elemento del sistema
[kV]
Tensione nominale
di tenuta a frequenza industriale
[kV]
Tensione nominale
di tenuta ad impulso atmosferico
[kVcresta]
3,6
10
20
40
7,2
20
40
60
60
12
28
75
95
17,5 (*)
38
75
95
24
50
95
125
145
36
70
145
170
52 (*)
95
250
72,5
140
325
6
TABELLA II
Tensione massima
di un elemento del sistema
[kV]
Tensione massima
di un elemento del
sistema
[kV]
100 (*) 3,6
7,2
123
12
145
17,5 (*)
24
170
36
245
52 (*)
72,5
Tensione nominale
Tensione nominale
di tenuta a frequenza industriale di tenuta ad impulso atmosferico
[kV]
[kVcresta]
Tensione nominale
di tenuta a frequenza
industriale
[kV]
10
150
185
20
185
230
Tensione nominale
di tenuta ad impulso
atmosferico
[kVcresta]
20
380
450
40
40
450
60
550
60
28
185
230
275
38
75
230
50
275
325
70
275
325
95
360
140
395
460
95
75
95
95
125
145
145
170
250
325
450
550
650
550
650
750
650
750
850
950
1050
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TABELLA III
Tensione massima
di un elemento del sistema
[kV]
Tensione nominale
di tenuta ad impulso di manovra
[kVcresta]
Tensione nominale
di tenuta ad impulso atmosferico
[kVcresta]
750
850
950
850
950
1050
850
950
1050
950
1050
1175
850
1050
1175
950
1175
1300
1050
1300
1425
950
1175
1300
1050
1300
1425
1175
1425
1550
1300
1675
1800
1425
1800
1950
1550
1950
2100
1425
1950
2100
1550
2100
2250
1675
2250
2400
1800
2400
2500
1675
2100
2250
1800
2250
2400
1950
2500
2700
300 (*)
362
420
550
800
1100
1200 (**)
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Dipartimento di ingegneria industriale
NORMATIVA PER LE PROVE DIELETTRICHE
• IEC 60060-1 – High-voltage test techniques - Part 1:
General definitions and test requirements
• IEC 60060-2 – High-voltage test techniques - Part 2:
Measuring systems
• IEC 60060-3 - High-voltage test techniques - Part 3:
Definitions and requirements for on-site testing
• IEC 62475 - High current test techniques - Definitions
and requirements for test currents and measuring
systems
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Dipartimento di ingegneria industriale
NORMATIVA PER LE PROVE DIELETTRICHE
• IEC 61083-1 – Instruments and software used for
measurements in high-voltage impulse tests – Part 1:
Requirements for instruments
• IEC 61083-2 – Instruments and software used for
measurements in high-voltage impulse tests – Part 2:
Requirements for software
• IEC 61180-1 – High-voltage test techniques for low voltage
equipment - Part 1: Definitions, test and procedure
requirements
• IEC 61180-2 – High-voltage test techniques for low voltage
equipment - Part 2: Test equipment
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Dipartimento di ingegneria industriale
NORMATIVA PER LE PROVE DIELETTRICHE
• IEC 60270 – High-voltage test techniques: Partial
discharge measurements
• IEC 62478 – High-voltage test techniques:
Measurement of partial discharge by electromagnetic
and acoustic methods
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Dipartimento di ingegneria industriale
TENSIONI IMPULSIVE
Per simulare questo tipo di sollecitazioni, allo scopo sia
di studiare il comportamento di isolamenti in queste
condizioni sia di effettuare i vari tipi di prove di
omologazione, vengono utilizzate in laboratorio le
tensioni dette comunemente ad impulso,
ossia tensioni transitorie unidirezionali
che raggiungono il massimo in tempi molto brevi (µs o
al massimo qualche centinaio di µs) e poi scendono
più lentamente fino a zero.
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Hanno andamento nel tempo del tipo di quello
rappresentato in figura e possono essere ottenute in
laboratorio fino a valori massimi estremamente elevati.
V
VM
0.5VM
T1
T2
t
Onda impulsiva doppio-esponenziale
G.Pesavento
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Dipartimento di ingegneria industriale
L'onda di tensione di questo tipo, che ha andamento
doppio esponenziale, viene generalmente caratterizzata
dal suo valore massimo VM, dalla durata T1 del fronte,
tempo in cui la tensione sale da zero al valore massimo,
e dalla durata T2 della coda sino all'emivalore, tempo in
cui la tensione si riduce a metà del suo valore massimo.
I tempi vengono espressi in microsecondi e l'onda viene
normalmente designata "onda T1/T2".
Per le definizioni si fa riferimento alla IEC 60060-1
IEC 60060-2 specifica tolleranze ed incertezze
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Dipartimento di ingegneria industriale
• Prove dielettriche hanno notevole impatto economico
• Rischio concreto di danneggiamento apparecchiatura
• Necessità di prove riproducibili
• Prove dovrebbero essere anche rappresentative
Normalizzazione in ambito internazionale sulla base di
una serie di studi sulle tipologie di sovratensioni
significative per quanto riguarda le fulminazioni e le
sovratensioni di manovra
G.Pesavento
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Dipartimento di ingegneria industriale
IMPULSI DI FULMINAZIONE
•1,2/ 50 µs
IMPULSI DI MANOVRA
•250/2500 µs
I primi vengono usati anche per prove EMC
(prova di surge)
• Esiste dualità per le prove di corrente ma con
una varietà molto più estesa di forme d’onda
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Dipartimento di ingegneria industriale
IMPULSI DI FULMINAZIONE
•1,2/ 50 µs
IMPULSI DI MANOVRA
•250/2500 µs
I primi vengono usati anche per prove EMC
(prova di surge)
• Esiste dualità per le prove di corrente ma con
una varietà molto più estesa di forme d’onda
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Dipartimento di ingegneria elettrica
TB1=100.00MS/s
No.: 11230
CH1
Eval.:
LI
Up=
-163.2kV
beta=
1.4%
T1=
1.12µs
Tc=
7.36µs
0kV
CH1
TB1=100.00MS/s
0kV
-16kV
-16kV
-49kV
-49kV
-82kV
-82kV
-114kV
-115kV
-147kV
-148kV
-163kV
-165kV
-2.00µs
2.00µs
0
4.00µs
6.00µs
8.00µs
10.0µs
941kV
CH1
847kV
CH1
0
No.1
No.: 40871
CH1
Eval.:
SI
Up=
941.2kV
Tp=
258µs
T1=
175.4µs
T2=
2017µs
Td=
462µs
No.: 11231
CH1
Eval.:
LI
Up=
-164.6kV
beta=
0.3%
T1=
1.32µs
T2=
54.7µs
20.0µs
40.0µs
60.0µs
80.0µs
100µs
No.: 40871
CH1
Eval.:
SI
Up=
941.2kV
Tp=
258µs
T1=
175.4µs
T2=
2017µs
Td=
462µs
No.1
941kV
847kV
659kV
659kV
471kV
471kV
282kV
282kV
94kV
94kV
0kV
0kV
CH1
0
G.Pesavento
100µs
200µs
300µs
400µs
500µs
0
1.00ms
2.00ms
3.00ms
4.00ms
5.00ms
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• Tempi che intervengono sono di almeno tre ordini di
grandezza sotto quelli dell’alternata (µs invece di ms)
• In qualche caso necessità di considerare i componenti
a costanti distribuite (in 1 µs una perturbazione
elettromagnetica percorre circa 300 m)
• Importanza degli elementi “parassiti” (L e C) dei
circuiti
• Problemi derivanti dal fatto che i circuiti per alte
tensioni sono estesi ed i componenti hanno dimensioni
notevoli.
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Dipartimento di ingegneria industriale
V
1.0
0.9
B
0.5
0.3
0
A
0
T
T1
T2
Determinazione dei parametri convenzionali di un impulso di fulminazione
T1 = 1,67 T
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f  0.5 MHz
0
1
2
3
4
t 1 μs
t (ms)
0
1
2
a)
1
2
3
c)
4
t (ms)
3
4
t (ms)
b)
t > 1 μs
f < 0.5MHz
0
3
4
t (µµs)
0
1
2
d)
Impulsi con distorsioni
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1.1
1.0
0.9
0.8
0.7
k(f)
0.6
0.5
k (f ) 
0.4
1
1  2,2f 2
0.3
0.2
0.1
0.0
-0.1
0.001
0.010
0.100
1.000
10.000
100.000
Frequency (MHz)
Fattore di peso in funzione della frequenza
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-t
 -t

v(t) = k×V M  e  2 e 1 


e-t/τ2
VM
t
e-t/τ1
τ1
τ2
G.Pesavento
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Per onde di fulminazione
τ2  70s
τ1  400ns
Impulsi con queste caratteristiche non possono
essere prodotti con trasformatori ma si richiedono
circuiti particolari
Costanti di tempo così brevi si possono ottenere
con la scarica di condensatori.
Schema utilizzato generatore di Marx (Erwin)
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SCHEMA DI PRINCIPIO
S1
V0
C1
Rf
Rf
S1
R2
C2
V
V0
C1
a)
R2
C2
V
b)
Rf = resistenza di fronte
R2 = resistenza di coda
C2 = condensatore di fronte (comprende anche la capacità del carico)
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