Calcolo dei guasti elettrici

Definizione del calcolo dei guasti elettrici

Il calcolo dei guasti elettrici prevede la determinazione delle correnti e tensioni di guasto massime e minime in diversi punti di un sistema di potenza per progettare sistemi di protezione.

Impedenza della sequenza positiva

L'impedenza della sequenza positiva è la resistenza opposta alla corrente della sequenza positiva, fondamentale per il calcolo dei guasti trifase.

Impedenza della sequenza negativa

L'impedenza della sequenza negativa è la resistenza opposta alla corrente della sequenza negativa, importante per comprendere le condizioni di guasto non bilanciate.

Impedenza della sequenza zero

L'impedenza offerta dal sistema al flusso della corrente della sequenza zero è nota come impedenza della sequenza zero.Nei precedenti calcoli di guasto, Z1, Z2 e Z0 sono rispettivamente l'impedenza della sequenza positiva, negativa e zero. L'impedenza della sequenza varia a seconda del tipo di componenti del sistema di potenza considerati:

• Nei componenti statici e bilanciati del sistema di potenza come trasformatori e linee, l'impedenza della sequenza offerta dal sistema è la stessa per le correnti della sequenza positiva e negativa. In altre parole, l'impedenza della sequenza positiva e quella della sequenza negativa sono uguali per i trasformatori e le linee di potenza. Ma nel caso di macchine rotanti, l'impedenza della sequenza positiva e quella della sequenza negativa sono diverse.

• L'assegnazione dei valori dell'impedenza della sequenza zero è più complessa. Questo perché le tre correnti della sequenza zero in qualsiasi punto di un sistema di potenza elettrico, essendo in fase, non si sommano a zero ma devono ritornare attraverso il neutro e/o la terra. Nei trasformatori trifase e nelle macchine, i flussi dovuti ai componenti della sequenza zero non si sommano a zero nella barra o nel sistema di campo. L'impedenza varia ampiamente a seconda dell'organizzazione fisica dei circuiti magnetici e degli avvolgimenti.

• La reattività delle linee di trasmissione per le correnti della sequenza zero può essere circa 3 a 5 volte quella della corrente della sequenza positiva, con il valore più basso per le linee senza cavi di terra. Questo perché lo spazio tra il andata e il ritorno (cioè neutro e/o terra) è molto maggiore che per le correnti della sequenza positiva e negativa, che si bilanciano all'interno dei gruppi di conduttori trifase.

• La reattività della sequenza zero di una macchina è composta da reattività di dispersione e di avvolgimento, e da un piccolo componente dovuto al bilanciamento degli avvolgimenti (dipende dal tramezzamento degli avvolgimenti). La reattività della sequenza zero dei trasformatori dipende sia dalle connessioni degli avvolgimenti che dalla costruzione del nucleo.

Analisi dei componenti simmetrici

I suddetti calcoli di guasto sono effettuati sull'assunzione di un sistema trifase bilanciato. Il calcolo viene eseguito per una sola fase poiché le condizioni di corrente e tensione sono le stesse in tutte e tre le fasi.

Quando si verificano guasti reali in un sistema di potenza elettrico, come guasti fase-terra, fase-fase e doppio guasto fase-terra, il sistema diventa non bilanciato, ovvero le condizioni di tensione e corrente in tutte le fasi non sono più simmetriche. Tali guasti vengono risolti tramite l'analisi dei componenti simmetrici.

In generale, un diagramma vettoriale trifase può essere sostituito da tre insiemi di vettori bilanciati. Uno ha una rotazione di fase opposta o negativa, il secondo ha una rotazione di fase positiva e l'ultimo è co-fasale. Ciò significa che questi insiemi di vettori sono descritti come sequenze negativa, positiva e zero, rispettivamente.

Dove tutte le quantità sono riferite alla fase di riferimento r. Analogamente, può essere scritto un insieme di equazioni anche per le correnti di sequenza. A partire dalle equazioni di tensione e corrente, si può facilmente determinare l'impedenza di sequenza del sistema.