Punti importanti nello studio ingegneristico degli impianti a gas isolati ad alta tensione (GIS)
Punti importanti negli studi di ingegneria per l'apparato isolato a gas ad alta tensione (GIS)
Studi di Ingegneria per l'Apparato Isolato a Gas (GIS)
Una volta che l'ingegnere elettrico ha definito la configurazione preliminare del GIS e ha determinato e specificato i dati dell'attrezzatura primaria, devono essere eseguiti ulteriori studi relativi agli aspetti ingegneristici, nonché alla logistica della consegna e dell'installazione.
Gli studi di ingegneria più cruciali sono riassunti come segue:
1. Condizioni di Tensione di Recupero Transitoria (TRV)
L'ingegnere elettrico dovrebbe richiedere al produttore di condurre uno studio TRV. Questo studio mira a valutare il tasso di aumento peggiorativo della tensione di recupero (RRRV) e la tensione massima di picco attraverso gli interruttori, tenendo conto della risposta transitoria della rete elettrica circostante il GIS. I valori TRV calcolati devono essere confrontati con le prestazioni TRV garantite dal rapporto di prova dell'interruttore e con le envelope TRV standard disponibili nelle norme industriali.
La TRV sperimentata da un interruttore è la tensione tra i suoi terminali dopo l'interruzione della corrente. La forma dell'onda TRV è determinata dalle caratteristiche della rete elettrica intorno all'interruttore. In generale, lo stress TRV su un interruttore dipende dalla posizione del guasto, dall'entità della corrente di cortocircuito e dalla configurazione di commutazione dello switchgear. Poiché la TRV è un parametro decisivo per l'interruzione corretta della corrente, gli interruttori vengono solitamente testati in laboratorio per resistere a una TRV standardizzata. Questa TRV standardizzata è definita da un'involucro a quattro parametri (un involucro a due parametri per gli interruttori fino a 100 kV). Il primo periodo presenta un tasso di aumento elevato, seguito da un periodo successivo con un tasso di aumento inferiore. Il pendio del primo periodo dell'involucro TRV è definito come il tasso di aumento della tensione di recupero (RRRV). In casi in cui l'ampiezza della corrente di spegnimento del cortocircuito è estremamente bassa, devono essere considerate envelope a due parametri per valutare lo stress TRV su un interruttore.
Figura 1: Curva TRV nell'Interruttore Ad Alta Tensione
L'obiettivo di questo studio è valutare il peggior caso di RRRV e la tensione di picco massima sugli interruttori all'interno del GIS, basandosi sulla risposta transitoria della rete elettrica circostante lo switchgear.
Per ulteriori dettagli riguardanti la TRV, si può fare riferimento a questo articolo.
2. Condizioni di Transitori Velocissimi (VFT)
L'ingegnere elettrico deve richiedere al produttore di condurre uno studio VFT. Nell'apparato isolato a gas (GIS), possono verificarsi sovratensioni transitorie velocissime (VFT) con frequenze di oscillazione nell'intervallo delle MHz durante le operazioni degli interruttori di separazione. Ciò è dovuto al rapido crollo della tensione in pochi nanosecondi e alla lunghezza e al design coassiale del GIS.
Nella zona vicina all'interruttore di separazione operato, possono essere generate frequenze superiori a 100 MHz. In posizioni più interne nel GIS, si possono prevedere frequenze nell'intervallo di diverse MHz.
Le frequenze e le ampiezze dei VFT sono determinate dalla lunghezza e dal design del GIS. A causa della natura onda viaggiante di questo fenomeno, le tensioni e le frequenze variano da una posizione all'altra all'interno del GIS.
Amplitudini elevate sono probabili quando segmenti lunghi di bus isolati a gas vengono commutati e quando ci sono bus ramificati alla sorgente della sezione principale del bus. Se le frequenze naturali della sorgente e della fine commutata del bus sono simili e la differenza di tensione sull'interruttore di separazione è grande, sarà presente una significativa differenza di tensione durante l'apertura dell'interruttore di separazione. Generalmente, le ampiezze massime dei VFT si trovano su sezioni aperte del GIS.
Figura 2: Esempio di Onda VFTO in un GIS a 750 kV
L'obiettivo di questo studio è simulare le sovratensioni VFT all'interno del GIS generate quando si alimentano segmenti di switchgear utilizzando interruttori di separazione. Inoltre, dovrebbero essere calcolate le sovratensioni VFT risultanti dalle operazioni di commutazione degli interruttori.
3. Studi di Coordinazione d'Isolamento
L'ingegnere elettrico deve richiedere al produttore di condurre studi di coordinazione d'isolamento. Tale studio è necessario per confermare la posizione e la quantità di parafulguri chiusi in metallo del GIS, che sono fondamentali per la protezione dell'attrezzatura GIS, di eventuali circuiti di cavi sotterranei interconnessi e di altre attrezzature isolate ad aria.
Lo studio di coordinazione d'isolamento esamina gli stress di sovratensione presenti nell'apparato isolato a gas, nelle sue baie e nei cavi. Questi stress sono indotti da impulsi di fulmine che si avvicinano alla sottostazione e alle linee ad essa connesse. Pertanto, per diverse configurazioni specifiche della sottostazione, inclusa la configurazione di funzionamento normale, dovrebbero essere simulate le tensioni massime all'interno del GIS e nelle baie, causate da colpi di fulmine tipici (come colpi remoti, colpi diretti ai conduttori e colpi all'ultima torre delle linee aeree).
Il livello appropriato di coordinazione d'isolamento dovrebbe essere validato confrontando i livelli di isolamento di ciascuna attrezzatura con gli stress di sovratensione massimi previsti. Questo confronto dovrebbe considerare i massimi fattori di correzione e sicurezza secondo le norme industriali.
4. Calcoli dei Rating Termici
L'ingegnere elettrico dovrebbe richiedere al produttore di fornire calcoli dei rating termici per tutte le attrezzature e dispositivi nei percorsi di corrente principali. Questi calcoli dei rating termici devono essere determinati in linea con la metodologia di rating della struttura dell'utente e dell'Autorità Operativa del Sistema Regionale.
5. Effetti della Ferro-risonanza
L'ingegnere elettrico deve specificare che venga eseguito uno studio per accertare se esiste la possibilità di ferro-risonanza in relazione alla commutazione in e fuori servizio dei trasformatori di tensione nel GIS. Lo studio dovrebbe non solo indicare la gravità della condizione, ma anche raccomandare misure di mitigazione, come l'uso di induttori accordati.
6. Resistenza e Capacità del GIS
L'ingegnere elettrico dovrebbe richiedere al produttore di fornire i valori calcolati e misurati di capacità e resistenza per ogni componente del GIS. Ciò include, ma non si limita a, bushings, bus, interruttori e interruttori.
7. Calcoli Sismici
L'ingegnere elettrico dovrebbe richiedere al produttore di fornire tutta la documentazione relativa ai test di progettazione sismica (come specificato dal produttore nella documentazione del GIS).
8. Compatibilità Elettromagnetica
L'ingegnere elettrico dovrebbe specificare che il produttore conduca studi sullo schermo e sui procedimenti di mitigazione per affrontare l'interferenza con l'attrezzatura di controllo, protezione, diagnostica e monitoraggio.
9. Aspetti di Ingegneria Civile
L'ingegnere dovrebbe richiedere al produttore di fornire documentazione per eventuali progetti civili speciali resi necessari da condizioni specifiche del sito per ospitare il GIS.
10. Terra e Connessione
L'ingegnere elettrico dovrebbe specificare che il produttore conduca studi di terra in conformità con la versione attuale dello standard IEEE 80. Il produttore deve assicurare che la messa a terra dell'attrezzatura GIS sia conforme al Codice Nazionale di Sicurezza Elettrica C2 e allo standard IEEE 80.
Tutti gli studi dovrebbero essere presentati in rapporti formali e inviati all'utente entro il tempo specificato dopo l'assegnazione del contratto. Tutta la documentazione pertinente, inclusi ma non limitati a calcoli, curve, ipotesi, grafici e output di computer, dovrebbe essere fornita per supportare le conclusioni tratte.
11. Studi Logistici
Figura 2 presenta un esempio di curva VFTO in un GIS a 750 kV (si faccia riferimento a questo post).
La Figura 1 rappresenta una curva di recupero della tensione transitoria dopo l'estinzione finale della corrente in un interruttore ad alta tensione.
