Guasti e Gestione del Collegamento a Terra Monofase nelle Linee di Distribuzione a 10kV
Campo: Produzione
China
Caratteristiche e dispositivi di rilevamento dei guasti a terra monofase
1. Caratteristiche dei guasti a terra monofase
- Segnali di allarme centralizzati:
Il campanello di allarme suona e si accende la lampada indicatrice contrassegnata «Guasto a terra sulla sezione di barra [X] kV [Y]». Nei sistemi con punto neutro compensato mediante bobina di Petersen (bobina di soppressione dell’arco), si accende anche l’indicatore «Bobina di Petersen in funzione». - Indicazioni del voltmetro di monitoraggio dell’isolamento:
- La tensione della fase guasta diminuisce (in caso di guasto a terra non solido) oppure scende a zero (in caso di guasto a terra solido).
- Le tensioni delle altre due fasi aumentano: superiori alla tensione di fase normale nel caso di guasto a terra non solido, oppure pari alla tensione di linea nel caso di guasto a terra solido.
- In caso di guasto a terra stabile, l’indice del voltmetro rimane fisso; se invece oscilla continuamente, il guasto è intermittente (guasto a terra per arco).
- Nei sistemi con punto neutro compensato mediante bobina di Petersen:
Se è installato un voltmetro di spostamento del neutro, esso fornisce una certa lettura in caso di guasto a terra non solido oppure raggiunge il valore della tensione di fase in caso di guasto a terra solido. Si attiva inoltre la spia di allarme a terra della bobina di Petersen. - Fenomeni di guasto a terra per arco:
Il guasto a terra per arco genera sovratensioni, causando un notevole aumento della tensione sulle fasi non guaste. Ciò può provocare il fusibile ad alta tensione dei trasformatori di tensione (TT) o addirittura danneggiare i TT stessi.
2. Distinzione tra veri guasti a terra e falsi allarmi
- Fusibile ad alta tensione bruciato nel TT:
Un fusibile bruciato su una fase del TT può generare un segnale di guasto a terra. Tuttavia:- In un vero guasto a terra: la tensione della fase guasta diminuisce, mentre le altre due fasi aumentano, ma la tensione di linea rimane invariata.
- Con un fusibile bruciato: la tensione di una fase diminuisce, mentre le altre due non aumentano e la tensione di linea diminuisce.
- Alimentazione di una barra scarica da parte di un trasformatore:
Durante la messa in tensione, se l’interruttore si chiude in modo asincrono, l’accoppiamento capacitivo sbilanciato verso terra causa uno spostamento del neutro e tensioni trifase asimmetriche, generando un falso segnale di guasto a terra.
→ Ciò avviene esclusivamente durante le manovre di commutazione. Se la barra e le apparecchiature collegate non presentano anomalie, il segnale è falso. La messa in tensione di una linea di derivazione o di un trasformatore di servizio ausiliario elimina normalmente tale segnalazione. - Asimmetria del sistema o taratura impropria della bobina di Petersen:
Durante le variazioni di configurazione operativa (ad esempio, commutazioni di configurazione), l’asimmetria o una compensazione errata della bobina di Petersen possono generare falsi segnali di guasto a terra.
→ È necessario coordinarsi con il centro di controllo: ripristinare la configurazione originale, disinserire la bobina di Petersen, regolare il suo commutatore di presa e quindi reinserirla e ripetere la commutazione di configurazione.
→ Anche la risonanza ferro-magnetica durante la messa in tensione di una barra a vuoto può generare falsi segnali. La messa immediata in tensione di una linea di derivazione interrompe le condizioni di risonanza ed elimina l’allarme.
3. Dispositivi di rilevamento
Il sistema di monitoraggio dell’isolamento è tipicamente costituito da un trasformatore di tensione trifase a cinque colonne magnetiche, relè di tensione, relè di segnalazione e strumenti di monitoraggio.
- Struttura: Cinque colonne magnetiche; un avvolgimento primario e due avvolgimenti secondari, tutti avvolti sulle tre colonne centrali.
- Configurazione di collegamento: Ynynd (primario a stella, secondario a stella con neutro e terziario a triangolo aperto).
Vantaggi di questa configurazione di collegamento:
- Il primo avvolgimento secondario misura sia le tensioni di linea che quelle di fase.
- Il secondo avvolgimento secondario è collegato in triangolo aperto per rilevare la tensione omopolare.
Principio di funzionamento:
- In condizioni normali, le tensioni trifase sono bilanciate; teoricamente, nessuna tensione appare ai capi del triangolo aperto.
- Durante un guasto a terra monofase solido (ad esempio, fase A), compare una tensione omopolare nel sistema, inducendo una tensione ai capi del triangolo aperto.
- Anche durante un guasto a terra non solido (ad alta impedenza), viene indotta una tensione ai capi aperti.
- Quando tale tensione raggiunge la soglia di intervento del relè di tensione, intervengono sia il relè di tensione sia il relè di segnalazione, attivando allarmi acustici e visivi.
Gli operatori utilizzano tali segnali e le letture del voltmetro per identificare l’insorgenza e la fase interessata dal guasto a terra, quindi ne danno comunicazione al centro di controllo.
⚠️ Nota: Il dispositivo di monitoraggio dell’isolamento è condiviso dall’intera sezione di barra.
⚠️ Nota: Il dispositivo di monitoraggio dell’isolamento è condiviso dall’intera sezione di barra.
Cause dei guasti a terra monofase
- Conduttore rotto che cade a terra o poggia sull’asta traversa;
- Fissaggio o legatura allentata dei conduttori sugli isolatori, con conseguente caduta sull’asta traversa o a terra;
- Vento eccessivo che porta i conduttori troppo vicini agli edifici;
- Cavo di alimentazione ad alta tensione rotto sul trasformatore di distribuzione;
- Guasto d’isolamento nei paralightning da 10 kV o nei fusibili sulle piattaforme dei trasformatori;
- Rottura dell’isolamento o guasto a terra su una fase dell’avvolgimento ad alta tensione del trasformatore;
- Flashover o perforazione dell’isolatore;
- Guasto d’isolamento nei fusibili delle linee di derivazione;
- Cavo di sostegno staccato dall’asta traversa superiore sui pali a circuito multiplo che entra in contatto con i conduttori inferiori;
- Colpi di fulmine;
- Contatto con alberi;
- Guasti causati da uccelli;
- Corpi estranei (ad esempio, fogli di plastica, rami);
- Altre cause accidentali o sconosciute.
Pericoli derivanti dai guasti a terra monofase
- Danni alle apparecchiature della cabina di trasformazione:
Dopo un guasto a terra da 10 kV, il TT della barra non rileva corrente ma sviluppa una tensione omopolare e una corrente aumentata nel triangolo aperto. Un funzionamento prolungato può danneggiare il TT.
Inoltre, le sovratensioni da risonanza ferro-magnetica (varie volte superiori alla tensione normale) possono verificarsi, provocando la rottura dell’isolamento e gravi guasti alle apparecchiature. - Danni alle apparecchiature di distribuzione:
I guasti a terra intermittenti per arco e le sovratensioni possono provocare la perforazione dell’isolamento, portando a cortocircuiti, trasformatori bruciati e paralightning/fusibili difettosi, potenzialmente causando incendi elettrici. - Minaccia alla stabilità della rete regionale:
Gravi guasti a terra possono destabilizzare la rete elettrica locale, innescando guasti a catena. - Rischio per persone e animali:
I conduttori caduti alimentano il terreno, creando pericoli di tensione di passo. Pedoni, personale tecnico (soprattutto durante ispezioni notturne) e bestiame nelle vicinanze del punto di guasto rischiano scosse elettriche o folgorazione. - Impatto sull’affidabilità della fornitura elettrica:
- Richiede la selezione manuale della linea guasta.
- Le linee non guaste possono essere disalimentate inutilmente durante le attività di ricerca guasti, interrompendo l’erogazione ai clienti non coinvolti.
- L’individuazione e la riparazione del guasto richiedono lo spegnimento della linea, particolarmente difficoltoso durante la stagione di crescita delle colture, condizioni meteorologiche avverse (vento, pioggia, neve), in zone montuose/forestate e di notte, determinando interruzioni prolungate e diffuse.
- Perdite energetiche sulla linea:
I guasti a terra causano significative correnti di dispersione a terra, rappresentando una perdita diretta di energia. Le normative limitano generalmente il funzionamento in presenza di guasto a terra a non più di 2 ore per evitare sprechi eccessivi. - Quantificazione delle perdite di energia elettrica:
La corrente media di guasto a terra varia da 6 a 10 A. A livello tipico di 10 kV, ciò comporta circa 34.560 kWh di energia sprecata ogni 24 ore.
Metodi e procedure per la gestione dei guasti a terra monofase
- Dispositivi automatici di selezione della linea guasta a corrente ridotta:
Installare nei sottostazioni dispositivi automatici di selezione della linea guasta. Questi operano in abbinamento con trasformatori di corrente omopolare (TCO) posti all’uscita di ciascuna linea di derivazione per identificare con precisione la linea guasta prima dello spegnimento. - Sistemi di rilevamento dei guasti a terra monofase:
I moderni sistemi di distribuzione impiegano iniettori di segnale all’inizio, nel mezzo e alla fine delle linee di derivazione. Indicatori di guasto identificano con precisione il punto esatto del guasto, consentendo un intervento rapido. - Misure preventive:
- Effettuare ispezioni periodiche delle linee: verificare le distanze di sicurezza dei conduttori dagli alberi e dagli edifici, la presenza di nidi di uccelli sui pali, il fissaggio dei conduttori sugli isolatori, il serraggio dei bulloni sugli isolatori, sulle aste traverse e sui cavi di sostegno, la rottura o l’usura dei cavi di sostegno e il sagging anomalo dei conduttori.
- Eseguire periodicamente prove sull’isolamento degli isolatori, dei fusibili di derivazione e dei paralightning; sostituire tempestivamente quelli difettosi.
- Eseguire prove periodiche sui trasformatori di distribuzione; riparare o sostituire quelli difettosi.
- Installare
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