Cosa è l'apparato di alta tensione?

Cos'è l'apparato di commutazione ad alta tensione?

Definizione di apparato di commutazione ad alta tensione

L'apparato di commutazione ad alta tensione è definito come l'equipaggiamento che gestisce tensioni superiori a 36 kV per garantire una distribuzione di energia sicura ed efficiente.

Componenti principali

I disgiuntori ad alta tensione, come quelli a soffio d'aria, a olio, a SF6 e a vuoto, sono essenziali per interrompere le correnti ad alta tensione.

Caratteristiche essenziali del disgiuntore ad alta tensione

Le caratteristiche essenziali da fornire nei disgiuntori ad alta tensione, per garantire un funzionamento sicuro e affidabile dei disgiuntori utilizzati negli apparati di commutazione ad alta tensione, devono essere in grado di operare in sicurezza per,

• Guasti terminali.

• Guasti su linee corte.

• Corrente di magnetizzazione di trasformatori o reattori.

• Energizzazione di linee di trasmissione lunghe.

• Carica di banchi di condensatori.

• Commutazione di sequenze fuori fase.

Disgiuntore a soffio d'aria

In questo progetto, un soffio d'aria compressa ad alta pressione viene utilizzato per spegnere l'arco tra due contatti separati, quando l'ionizzazione della colonna dell'arco è minima al passaggio zero della corrente.

Disgiuntore a olio

Questo è ulteriormente classificato come disgiuntore a olio a massa (BOCB) e disgiuntore a olio minimo (MOCB). Nel BOCB, l'unità di interruzione è posizionata all'interno di un serbatoio di olio a potenziale terra. Qui l'olio viene utilizzato sia come mezzo isolante che interruttore. Nel MOCB, invece, il requisito di olio isolante può essere minimizzato posizionando le unità di interruzione in una camera isolante a potenziale vivo su una colonna isolante.

Disgiuntore a SF6

Il gas SF6 è comunemente utilizzato come mezzo di spegnimento dell'arco nelle applicazioni ad alta tensione. Il gas esesafluoruro di zolfo è altamente elettronegativo, con eccellenti proprietà dielettriche e di spegnimento dell'arco. Queste proprietà permettono la progettazione di disgiuntori ad alta tensione con dimensioni più piccole e distanze di contatto ridotte. La sua superiore capacità isolante aiuta anche nella costruzione di apparati di commutazione interni per sistemi ad alta tensione.

Disgiuntore a vuoto

In un vuoto, non c'è ulteriore ionizzazione tra due contatti portanti di corrente separati, dopo il passaggio zero della corrente. L'arco iniziale causato da esso si estinguerà appena il prossimo passaggio zero, ma poiché non c'è provvedimento per ulteriore ionizzazione una volta che la corrente ha superato il suo primo zero, lo spegnimento dell'arco è completato. Anche se il metodo di spegnimento dell'arco è molto veloce nel VCB, non è tuttavia una soluzione adatta per gli apparati di commutazione ad alta tensione, poiché i VCB realizzati per livelli di tensione molto elevati non sono affatto economici.

Tipi di apparati di commutazione

• Isolamento a gas tipo interno (GIS),

• Isolamento ad aria tipo esterno.

Gestione dei guasti

Generalmente, il carico collegato al sistema di potenza è di natura induttiva. A causa di questa induttanza, quando la corrente di cortocircuito viene interrotta da un disgiuntore, c'è la possibilità di una tensione di riacceso elevata di oscillazione ad alta frequenza nell'ordine di poche centinaia di Hz. Questa tensione ha due parti

Tensione di recupero transitoria con oscillazione ad alta frequenza immediatamente dopo l'estinzione dell'arco.Dopo il decadimento di questa oscillazione ad alta frequenza, appare la tensione di recupero a frequenza di rete tra i contatti del disgiuntore.

Tensione di recupero transitoria

Subito dopo l'estinzione dell'arco, appare la tensione di recupero transitoria tra i contatti del disgiuntore, ad alta frequenza. Questa tensione di recupero transitoria si avvicina alla tensione di circuito aperto. Questa tensione di recupero può essere rappresentata come

La frequenza dell'oscillazione è governata dai parametri del circuito L e C. La resistenza presente nel circuito di potenza smorza questa tensione transitoria. La tensione di recupero transitoria non ha una singola frequenza, è una combinazione di molte diverse frequenze a causa della complessità della rete di potenza.

Tensione di recupero a frequenza di rete

Questa è nient'altro che la tensione di circuito aperto che appare tra i contatti del disgiuntore, subito dopo che la tensione di recupero transitoria è smorzata. In un sistema trifase, la tensione di recupero a frequenza di rete differisce in diverse fasi. È la più alta nella prima fase. 

Se il neutro della rete non è messo a terra, la tensione tra il primo polo da chiudere è 1,5U dove U è la tensione di fase. In un sistema a neutro messo a terra, sarà 1,3U. Utilizzando un resistore di smorzamento, è possibile limitare l'entità e la velocità di salita della tensione di recupero transitoria. 

Il recupero dielettrico del mezzo di spegnimento dell'arco e la velocità di salita della tensione di recupero transitoria hanno una grande influenza sulle prestazioni del disgiuntore utilizzato nel sistema di apparati di commutazione ad alta tensione. Nel disgiuntore a soffio d'aria, l'aria ionizzata viene deionizzata molto lentamente, quindi l'aria impiega molto tempo per recuperare la resistenza dielettrica. 

Per questo motivo, è preferibile utilizzare un resistore di valore basso per rallentare la velocità di salita della tensione di recupero.

D'altra parte, il disgiuntore a soffio d'aria è meno sensibile alla tensione di recupero iniziale a causa della tensione di arco elevata. Nel disgiuntore a SF6, il mezzo interruttore (SF6) ha una velocità di recupero della resistenza dielettrica più rapida rispetto all'aria. Una tensione di arco inferiore rende il disgiuntore a SF6 più sensibile alla tensione di recupero iniziale.

Nel disgiuntore a olio, durante l'arco, l'idrogeno gassoso pressurizzato (prodotto dalla ricombinazione dell'olio a causa della temperatura dell'arco) fornisce un rapido recupero della resistenza dielettrica immediatamente dopo il passaggio zero della corrente. Pertanto, il disgiuntore a olio è più sensibile alla velocità di salita della tensione di recupero. È anche più sensibile alla tensione di recupero transitoria iniziale.

Guasto su linea corta

Il guasto su linea corta nella rete di trasmissione è definito come i guasti di cortocircuito che si verificano entro 5 km di lunghezza della linea. La doppia frequenza impressa sul disgiuntore e la differenza di tensione di recupero transitoria tra sorgente e lato linea, entrambe le tensioni iniziano dai valori istantanei all'opposizione dei disgiuntori prima dell'interruzione.

Sul lato di alimentazione, la tensione oscillerà alla frequenza di rete e si avvicinerà alla tensione di circuito aperto. Sul lato linea, dopo l'interruzione, le cariche intrappolate generano onde viaggianti iniziali attraverso la linea di trasmissione, poiché non c'è una tensione di alimentazione sul lato di alimentazione, la tensione diventa zero a causa delle perdite della linea.