le funi di guardia

[fpalone]

Per impedenza d'onda si intende, nell'ambito della trasmissione di energia elettrica, il rapporto tra la tensione e la corrente associati ad un impulso di breve durata, tipicamente impulsi atmosferici con durata di poche decine di microsecondi.
Per impedenza caratteristica di una linea di trasmissione di energia elettrica, si intende invece quel valore di impedenza di carico tale che se la linea è terminata su di essa non si ha consumo di potenza reattiva lungo la linea.
Anche se entrambe dipendono dalla geometria della linea, possono avere valori abbastanza diversi: infatti nel caso dell'impedenza caratteristica per il calcolo vanno considerati i valori di impedenza ed ammettenza di servizio (ovvero alla sequenza diretta!), mentre nel caso dell'impedenza d'onda vanno considerati i valori di impedenza ed ammettenza relativi ai modi di propagazione coinvolti, calcolati a valori di frequenza molto più elevati rispetto alla frequenza di rete e tipicamente nell'ordine delle centinaia di kHz.
Sicuramente la presenza di una o più funi di guardia tende a diminuire l'impedenza d'onda (mentre ha un effetto più marginale sull'impedenza caratteristica) dei conduttori di fase. Questo è possibile anche in assenza di collegamenti tra fune di guardia e conduttori, in quanto la presenza della fune di guardia modifica i parametri di induttanza e capacità della linea, diminuendo i primi e aumentando i secondi.

Però questo non ha nessun impatto in termini di riflessioni lungo la linea proprio perché la fune di guardia è installata per tutta la lunghezza della linea. Su questo vorrei essere chiaro: se parliamo di linee in alta tensione la fune di guardia è sempre presente per tutta la lunghezza su tutte le linee di costruzione "moderna" (dagli anni '50 in poi).
L'unica riflessione significativa la si ha quindi in ingresso in sottostazione, dove tipicamente gli stalli presentano un'impedenza d'onda inferiore rispetto alla linea per via del maggior diametro dei conduttori e della minore distanza tra loro e verso il suolo; quindi paradossalmente ti farebbe (teoricamente) comodo se la linea avesse una impedenza d'onda alta in arrivo in sottostazione.
Ovviamente all'atto pratico, come ti dicevo in [7], la protezione delle stazioni elettriche dalle sovratensioni viene attuata per mezzo di scaricatori e quindi di fatto il coordinamento dell'isolamento per la linea aerea non ha grandi impatti su quello di stazione.

[Gabbo93]

Perfetto, il concetto di impedenza d'onda era un concetto che mi mancava... e che ora mi rende più chiaro il tutto.

Deduco quindi di aver scambiato e confuso l'impedenza di linea con l'impedenza d'onda, a lezione, e da qui si è generata tutta la confusione a riguardo che mi ha portato a supporre che le funi di guardia fossero in parallelo con i conduttori di linea.{ipotesi che ora ritengo anche abbastanza stupida }

Quindi la presenza delle funi di guardia influenza l'impedenza d'onda che è definita come il rapporto fra l'impulso di tensione e quello di corrente dell'onda di sovratensione, andando di conseguenza ad attenuare la sovratensione.

Questa impedenza d'onda , in teoria, dipende da tutti i fattori, come induttanze, capacità ,geometria della linea e tutto le grandezze legate agli accoppiamenti delle fasi... che però grazie all'utilizzo del metodo modale e quindi passando dalle grandezze di fase a quelle modali, e successivamente anti trasformando, mi permettono di definire il valore di tale impedenza in maniera precisa, istante per istante, sulla linea.

Però a questo punto mi sorge un altro dubbio, quando abbiamo parlato della distanza limite di uno scaricatore, nella quale abbiamo dimostrato che l'efficacia di intervento non dipende dalla posizione dello scaricatore rispetto al componente da proteggere, ma dalla sua distanza.
Poi fu fatta, menzione a parte, nella quale si specificava che per i trasformatori in alta/altissima tensione, dove l'impedenza di cto.cto. veniva aumentata di circa il 15% rispetto ai trasfo di bassa e media tensione, poiché doveva far fronte a correnti più elevate, si devono inserire due scaricatori uno a monte e uno valle della Zcc.

Questo perché se l'onda di sovratensione arrivasse dal lato in cui non vi fosse lo scaricatore, la differenza fra l'impedenza della linea e la Zcc di un trasformatore di A.T. creerebbe una componente riflessa elevata che attenuerebbe la componente trasmessa, col rischio di non raggiungere il valore di tensione di innescamento dello scaricatore messo sul lato opposto. In questo caso la riflessione c'è e fa riferimento all'effettiva differenza fra l'impedenza della linea a la Zcc, giusto?

Mentre del tuo precedente commento, c'è una sola parte che non mi è chiarissima ed è quando dici: " Questo è possibile anche in assenza di collegamenti tra fune di guardia e conduttori, in quanto la presenza della fune di guardia modifica i parametri di induttanza e capacità della linea, diminuendo i primi e aumentando i secondi", che intendi quando dici che è possibile anche in assenza di collegamenti tra fune di guardia e conduttori?

È doveroso ringraziarti per la disponibilità dimostratami nel rispondermi

[fpalone]

Questo perché se l'onda di sovratensione arrivasse dal lato in cui non vi fosse lo scaricatore, la differenza fra l'impedenza della linea e la Zcc di un trasformatore di A.T. creerebbe una componente riflessa elevata che attenuerebbe la componente trasmessa, col rischio di non raggiungere il valore di tensione di innescamento dello scaricatore messo sul lato opposto. In questo caso la riflessione c'è e fa riferimento all'effettiva differenza fra l'impedenza della linea a la Zcc, giusto?

Per spiegarti meglio faccio un esempio numerico.
Uno stallo di una stazione a 400 kV ha un'impedenza d'onda di circa 200 Ω.
Un autotrasformatore AAT/AT ha tipicamente una tensione di corto circuito nell'ordine del 12%, per cui una macchina da 250 MVA 400/155 kV avrà in valore assoluto una reattanza di corto circuito vista dal lato AAT di 77 Ω, corrispondenti ad un'induttanza di dispersione di circa 0.25 H. Ovviamente però, visto che stiamo parlando di impulsi molto rapidi, con frequenze in gioco molto alte, non è corretto usare il valore di impedenza di corto a 50 Hz. Alle alte frequenze che caratterizzano gli impulsi atmosferici (es. 100 kHz), l'impedenza del trasformatore sarà di qualche decina di kΩ, per cui si ha la riflessione praticamente completa della sovratensione incidente.
Poco cambierebbe se la tensione di corto del trasformatore fosse più bassa: viste le frequenze in gioco l'impedenza vista dalla sovratensione sarebbe sempre molto maggiore di quella dello stallo della sottostazione, per cui si assume che in presenza del trasformatore si abbia una riflessione perfetta con duplicazione della tensione.

che intendi quando dici che è possibile anche in assenza di collegamenti tra fune di guardia e conduttori?

Intendo dire che le funi di guardia non sono galvanicamente collegate al conduttore di fase, ma ne riducono comunque l'impedenza d'onda.

[ivano]

ho notato che in alcune cabine primarie alimentate a 132kv le funi della linea sono isolate da quelle di stazione.
come mai?

[Gabbo93]

Quindi, alla fine dei conti, l'impedenza d'onda è il valore di impedenza che la sovratensione incontra valutato ad altissime frequenza?

Mentre per quanto riguarda i trasformatori anche in media e bassa vengono eserciti col doppio scaricatore? Se ho intese bene.

[fpalone]

l'impedenza d'onda è il valore di impedenza che la sovratensione incontra valutato ad altissime frequenza?

In pratica sì,
non saprei dirti cosa si fa per i trasformatori media/bassa; anche in quel caso uno scaricatore sul lato MT sarebbe inefficace per le sovratensioni incidenti dal lato BT (e viceversa).

[Gabbo93]

Perfetto, fpaolone, grazie mille! Confrontarmi con te mi è stato di grande aiuto a chiare alcune cose, che in futuro mi serviranno sicuramente. :)

P.S.
Ho un'ultimissima domanda per te.... vorrei sapere se mi sapresti consigliare qualche libro di impiantistica , magari un po più specifico per l'altissima/alta tensione (contesto che mi è piaciuto moltissimo studiare) e magari che faccia riferimento a contesti un po più moderni.
Il mio esame aveva come testo di riferimento L'Iliceto, che non è proprio modernissimo...

[fpalone]

Beh, se hai studiato sull'Iliceto, ora non puoi fare a meno di leggere il libro di Gatta

[fpalone]

ho notato che in alcune cabine primarie alimentate a 132kv le funi della linea sono isolate da quelle di stazione.
come mai?

In alcune cabine primarie le funi di guardia in ingresso sono isolate (con un solo isolatore!) per evitare di trasferire il potenziale di terra dovuto a guasti in cabina primaria su tutti gli impianti di terra dei sostegni.
Un'eventuale sovratensione atmosferica farà invece sicuramente scaricare quell'isolatore, avendo un'ampiezza molto più alta rispetto alla sua tenuta.

[Gabbo93]

Del libro da te consigliato, per delle nozioni un pelo più avanzate, che volume mi consiglieresti?(ho visto eserci più volumi, sino a 3 se non erro)