Punti importanti nello studio ingegneristico di apparati di commutazione a isolamento a gas ad alta tensione (GIS)
Punti importanti nello studio d'ingegneria per l'apparecchiatura isolata a gas ad alta tensione (GIS)
Studi di ingegneria per l'apparecchiatura isolata 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 condotti ulteriori studi relativi agli aspetti ingegneristici, nonché alla logistica di consegna e installazione.
Gli studi di ingegneria più cruciali sono riassunti come segue:
1. Condizioni di Tensione di Recupero Transitoria (TRV)
L'ingegnere elettrico dovrebbe stabilire che il produttore conduca uno studio TRV. Questo studio mira a valutare il tasso di crescita peggiorativo della tensione di recupero (RRRV) e la tensione massima picco attraverso gli interruttori, tenendo conto della risposta transitoria della rete elettrica intorno al GIS. I valori TRV calcolati devono essere confrontati con i rating TRV garantiti dal rapporto di prova dell'interruttore e con le envelope TRV standard disponibili negli standard industriali.
La TRV sperimentata da un interruttore è la tensione tra i suoi terminali dopo l'interruzione della corrente. La forma del segnale 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 crescita elevato, seguito da un periodo successivo con un tasso di crescita inferiore. La pendenza del primo periodo dell'envelope TRV è definita come il tasso di crescita della tensione di recupero (RRRV). Nei 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 in Interruttore ad Alta Tensione
L'obiettivo di questo studio è valutare il RRRV peggiorativo e la tensione massima picco sugli interruttori all'interno del GIS, basandosi sulla risposta transitoria della rete elettrica intorno allo switchgear.
Per ulteriori dettagli riguardanti la TRV, si può fare riferimento a questo articolo.
2. Condizioni di Transitori Molto Rapidi (VFT)
L'ingegnere elettrico deve richiedere che il produttore conduca uno studio VFT. Nell'apparecchiatura isolata a gas (GIS), possono verificarsi sovratensioni transitorie molto rapide (VFT) con frequenze di oscillazione nell'intervallo delle MHz durante le operazioni degli interruttori di separazione. Questo è dovuto al crollo rapido della tensione entro pochi nanosecondi e alla lunghezza e alla progettazione coassiale del GIS.
Nella zona vicina all'interruttore di separazione operato, possono essere generate frequenze superiori a 100 MHz. In località più interne del GIS, si possono prevedere frequenze nell'intervallo di diverse MHz.
Le frequenze e le ampiezze dei VFT sono determinate dalla lunghezza e dalla progettazione del GIS. A causa della natura onda viaggiante di questo fenomeno, le tensioni e le frequenze variano da un luogo all'altro all'interno del GIS.
Si verificano ampiezze elevate quando vengono commutate lunghe sezioni di bus isolati a gas e quando ci sono bus derivati 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 attraverso l'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 sulle sezioni aperte del GIS.
Figura 2: Esempio di Onda VFTO in un GIS da 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 Isolante
L'ingegnere elettrico deve stabilire che il produttore conduca studi di coordinazione isolante. Uno studio del genere è necessario per confermare la posizione e la quantità di parafulmini del tipo metallico chiuso nel GIS, che sono fondamentali per la protezione dell'attrezzatura GIS, dei circuiti di cavo sotterraneo interconnessi e di altre attrezzature isolate ad aria.
Lo studio di coordinazione isolante esamina gli stress di sovratensione presenti nell'apparecchiatura isolata a gas, nelle sue baie e nei cavi. Questi stress sono indotti da impulsi atmosferici 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 isolante dovrebbe essere validato confrontando i livelli di isolamento di singoli apparecchi con gli stress di sovratensione massimi previsti. Questo confronto dovrebbe tenere conto dei massimi fattori di correzione e di sicurezza secondo gli standard industriali.
4. Calcoli dei Rating Termici
L'ingegnere elettrico dovrebbe richiedere che il produttore fornisca calcoli dei rating termici per tutti gli apparecchi 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 condotto uno studio per accertare se esiste la possibilità di verificarsi della ferro - risonanza in relazione alla commutazione in e fuori servizio di 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 che il produttore fornisca i valori calcolati e misurati di capacità e resistenza per ogni componente del GIS. Ciò include, ma non è limitato a, bushings, bus runs, interruttori e interruttori.
7. Calcoli Sismici
L'ingegnere elettrico dovrebbe richiedere che il produttore fornisca 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 su schermature e procedure di mitigazione per affrontare l'interferenza con l'equipaggiamento di controllo, protezione, diagnostica e monitoraggio.
9. Aspetti di Ingegneria Civile
L'ingegnere dovrebbe richiedere che il produttore fornisca documentazione per eventuali progetti civili speciali resi necessari da condizioni specifiche del sito per ospitare il GIS.
10. Terra e Collegamento
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 assicurarsi 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 periodo di 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 da 750 kV (si faccia riferimento a questo post).
La Figura 1 rappresenta una curva di recupero tensione transitoria dopo l'estinzione finale della corrente in un interruttore ad alta tensione.
