Diapositiva 1 - Dipartimento di Ingegneria Industriale
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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 Università degli studi di Padova 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 3 Università degli studi di Padova 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 Università degli studi di Padova 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 G.Pesavento 5 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 7 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 (**) 8 Università degli studi di Padova 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 G.Pesavento 9 Università degli studi di Padova 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 G.Pesavento 10 Università degli studi di Padova 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 G.Pesavento 11 Università degli studi di Padova 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. G.Pesavento 12 Università degli studi di Padova Dipartimento di ingegneria industriale 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 13 Università degli studi di Padova 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 G.Pesavento 14 Università degli studi di Padova 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 15 Università degli studi di Padova 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 G.Pesavento 16 Università degli studi di Padova 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 G.Pesavento 17 Università degli studi di Padova 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 18 Università degli studi di Padova Dipartimento di ingegneria industriale • 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. G.Pesavento 19 Università degli studi di Padova 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 G.Pesavento 20 Università degli studi di Padova Dipartimento di ingegneria industriale 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 G.Pesavento 21 Università degli studi di Padova Dipartimento di ingegneria industriale 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 G.Pesavento 22 Università degli studi di Padova Dipartimento di ingegneria industriale -t -t v(t) = k×V M e 2 e 1 e-t/τ2 VM t e-t/τ1 τ1 τ2 G.Pesavento 23 Università degli studi di Padova Dipartimento di ingegneria industriale Per onde di fulminazione τ2 70s 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) G.Pesavento 24 Università degli studi di Padova Dipartimento di ingegneria industriale 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) G.Pesavento 25
