Metodi di mitigazione degli sovravoltaggi da commutazione in EHV

Inserimento Rapido di Reactori Shunt

Scopo:

I reattori shunt sono utilizzati principalmente per compensare la capacità di linee di trasmissione lunghe, che possono causare sovratensioni e problemi di potenza reattiva. Offrono un beneficio secondario riducendo le sovratensioni di commutazione quando collegati, ma questo non è tipicamente il motivo principale per cui le utility li installano. Gli obiettivi principali dei reattori shunt includono:

• Compensazione della Capacità: Le linee di trasmissione lunghe hanno una capacitance significativa, specialmente a livelli di Tensione Extra Alta (EHV). Questa capacitance può causare sovratensioni, in particolare durante condizioni di carico leggero o quando la linea è aperta. I reattori shunt aiutano a mitigare queste sovratensioni fornendo un carico reattivo che contrasta gli effetti capacativi.

• Riduzione delle Sovratensioni di Commutazione: Anche se non è lo scopo principale, i reattori shunt possono anche ridurre le sovratensioni di commutazione. Quando un interruttore si apre o si chiude, possono verificarsi sovratensioni transitorie. I reattori shunt possono assorbire parte di questi transitori, riducendo così la magnitudo delle sovratensioni.

Applicazione:

• I reattori shunt sono tipicamente installati nelle sottostazioni lungo linee di trasmissione lunghe, specialmente in sistemi EHV dove l'effetto capacitivo è più pronunciato.

• Non vengono solitamente aggiunti solo per ridurre le sovratensioni di commutazione perché altre misure (come resistenze di chiusura o chiusura controllata) sono più efficaci per questo specifico scopo.

Resistenze di Chiusura

Scopo:

Le resistenze di chiusura vengono utilizzate per limitare l'aumento di tensione all'estremità ricevente di una linea di trasmissione quando viene alimentata. L'obiettivo principale è mantenere la tensione entro limiti accettabili, tipicamente intorno a 2 unità per unità (p.u.), per prevenire danni agli apparecchi e garantire la stabilità del sistema.

Operazione:

• Quando una linea di trasmissione viene alimentata, un improvviso afflusso di corrente può causare un significativo aumento di tensione all'estremità ricevente, portando a condizioni di sovratensione.

• Le resistenze di chiusura vengono temporaneamente connesse in serie con l'interruttore durante l'operazione di chiusura. Limitano l'afflusso iniziale di corrente e smorzano eventuali transitori, impedendo così alla tensione di superare i 2 p.u.

• Una volta che i transitori si sono attenuati, le resistenze vengono bypassate e la linea funziona normalmente.

Benefici:

• Limitazione della Tensione: Mantiene la tensione all'estremità ricevente entro limiti sicuri, proteggendo gli apparecchi e garantendo un funzionamento stabile.

• Soppressione dei Transitori: Riduce la magnitudo delle sovratensioni di commutazione, che può essere particolarmente importante nei sistemi EHV.

Chiusura a Poli Staggerati

Principio:

La chiusura a poli staggerati prevede la chiusura dei singoli poli di un interruttore trifase a intervalli di mezzo ciclo. L'idea è permettere ai transitori nella prima fase di attenuare prima che la successiva fase venga chiusa, riducendo così la probabilità di sovratensioni gravi.

Operazione:

• In un sistema trifase, ogni fase viene chiusa sequenzialmente, con un ritardo di mezzo ciclo (10 ms a 50 Hz o 8,33 ms a 60 Hz) tra ogni fase.

• Staggerando la chiusura, i transitori generati dalla prima fase hanno il tempo di decadere prima che la fase successiva sia alimentata. Ciò riduce l'effetto cumulativo dei transitori e minimizza il rischio di eventi di sovratensione.

Benefici:

• Attenuazione dei Transitori: Permette ai transitori dalla prima fase di dissiparsi prima che la fase successiva venga chiusa, riducendo l'entità complessiva delle sovratensioni.

• Implementazione Semplificata: Non richiede sistemi di controllo complessi, rendendolo un metodo relativamente semplice ed economico per mitigare le sovratensioni.

Parafulmini Terminali di Linea

Scopo:

I parafulmini terminali di linea vengono installati alle estremità delle linee di trasmissione per proteggerle dalle sovratensioni causate da fulmini o operazioni di commutazione. Limitano le sovratensioni nei punti in cui sono installati al livello protettivo del parafulmine.

Operazione:

• I parafulmini sono progettati per condurre l'eccesso di energia lontano dal sistema quando le sovratensioni superano una certa soglia. Essi clippano la tensione a un livello sicuro, prevenendo danni agli apparecchi e garantendo l'integrità del sistema di trasmissione.

• Tipicamente, i parafulmini vengono posizionati a entrambe le estremità della linea di trasmissione (terminale di invio e terminale di ricezione). Tuttavia, limitano le sovratensioni solo in quei punti specifici e non forniscono protezione lungo l'intera lunghezza della linea.

Benefici:

• Protezione contro Sovratensioni: Protegge efficacemente gli apparecchi ai terminali della linea dalle sovratensioni causate da fulmini o commutazioni.

• Protezione Mirata: Fornisce una protezione focalizzata in punti critici del sistema senza la necessità di attrezzature aggiuntive lungo l'intera linea.

Chiusura Controllata

Principio:

La chiusura controllata è una misura avanzata di mitigazione che utilizza un controller dinamico per analizzare la differenza di tensione attraverso l'interruttore, prevedere i futuri minimi di tensione e chiudere l'interruttore al momento ottimale per minimizzare le sovratensioni. L'intero processo deve essere completato in meno di 0,5 secondi per essere efficace.

Operazione:

• Un controller dinamico monitora continuamente la differenza di tensione attraverso l'interruttore.

• Identifica i punti di minima tensione e prevede quando si verificheranno i futuri minimi.

• Il controller quindi chiude l'interruttore al punto di minima tensione previsto, assicurando che la chiusura avvenga durante un periodo di bassa tensione e minimizzando il rischio di sovratensione.

• Questo metodo richiede algoritmi di controllo veloci e accurati, nonché un tempismo preciso per assicurare che l'interruttore si chiuda al momento ottimale.

Benefici:

• Minimizzazione delle Sovratensioni: Chiudendo l'interruttore al punto di tensione ottimale, la chiusura controllata riduce significativamente la magnitudo delle sovratensioni.

• Miglioramento della Stabilità del Sistema: Aiuta a mantenere la stabilità del sistema prevenendo surriscaldamenti di tensione eccessivi durante l'alimentazione della linea.

• Tecnologia Avanzata: Offre una soluzione più sofisticata ed efficace rispetto ai metodi tradizionali come la chiusura a poli staggerati o le resistenze di chiusura.

Profilo delle Sovratensioni nelle Linee EHV Lunghe

Il grafico che mostra il profilo delle sovratensioni in una linea EHV lunga dimostra l'efficacia di varie opzioni di limitazione delle sovratensioni. Ogni metodo ha il suo impatto sui livelli di sovratensione, e la scelta del metodo dipende dai requisiti specifici del sistema.

• Inserimento Rapido di Reactori Shunt: Riduce le sovratensioni dovute alla capacità della linea e fornisce una certa riduzione delle sovratensioni di commutazione.

• Resistenze di Chiusura: Limita la tensione all'estremità ricevente a 2 p.u., controllando efficacemente le sovratensioni durante l'alimentazione della linea.

• Chiusura a Poli Staggerati: Riduce l'effetto cumulativo dei transitori permettendo loro di attenuare tra le chiusure delle fasi.

• Parafulmini Terminali di Linea: Protegge i terminali della linea dalle sovratensioni ma non fornisce protezione lungo l'intera linea.

• Chiusura Controllata: Minimizza le sovratensioni chiudendo l'interruttore al punto di tensione ottimale, offrendo il controllo più efficace sulle sovratensioni transitorie.

Ciascuno di questi metodi può essere utilizzato individualmente o in combinazione per ottenere la mitigazione desiderata delle sovratensioni in linee EHV lunghe, a seconda delle esigenze e dei vincoli specifici del sistema.