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Reti elettriche teoria e applicazioni. Linee.
Paolo Pelacchi
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Linee

• Le linee per il trasporto e la distribuzione
  dellenergia elettrica costituiscono un elemento
  piuttosto complesso e devono essere analizzate
  con riferimento ai seguenti aspetti
• Comportamento meccanico ed elettromeccanico.
• Comportamento termico.
• Comportamento elettrico.
• Mentre il 2 ed il 3 aspetto devono essere
  tenuti in conto, in generale, per ogni tipologia
  di linea, il 1 è caratteristico delle linee
  aeree, siano esse a conduttore nudo o isolato.

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Linee aeree
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Linee aeree
5
Linee aeree
Sud Africa
6
Linee aeree
svezia
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Linee aeree
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Linee aeree
olanda
9
Linee aeree
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Linee aeree
california
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Linee aeree
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Linee aeree
UK
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Linee aeree
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Linee aeree
15
Linee aeree
indonesia
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Linee aeree
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Linee aeree
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Linee aeree
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Linee aeree
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Linee aeree
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Linee aeree
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Linee aeree
canada
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Linee aeree
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Linee aeree
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Linee aeree problemi meccanici

• Per quanto riguarda le sollecitazioni di tipo
  meccanico esse sono dovute essenzialmente alle
  modalità di montaggio della linea (tiro in EDS)
  ed alle condizioni ambientali.
• Il progetto meccanico delle linee aeree viene
  effettuato generalmente considerando le seguenti
  condizioni di carico
• Condizione EDS
• Presenza di sovraccarichi di ghiaccio e di vento
• Rotture di conduttori

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Linee aeree problemi termici

• Per quanto riguarda i fenomeni termici associati
  al funzionamento in condizioni normali o di
  sovraccarico deve essere osservato che
• La temperatura del conduttore dipende non solo
  dalla corrente che lo attraversa ma anche dalle
  condizioni meteo (temperatura dellaria, vento,
  insolazione).
• Il riscaldamento eccessivo produce una ricottura
  che influisce sulla durata del conduttore.
• Il riscaldamento provoca un aumento di franco
  (cfr. black out italiano) che può risultare
  critico in alcune campate.

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Linee aeree problemi elettromeccanici

• Il problema elettromeccanico delle linee aeree è
  essenzialmente dovuto alle correnti di guasto.
• Le sollecitazioni elettrodinamiche vengono
  prodotte dalle correnti di cto. cto. derivanti da
  guasti polifase, sia con neutro a terra sia con
  neutro isolato (linee MT).
• Da tale fenomeno possono essere escluse le linee
  in c.c. in quanto i relativi sistemi di
  trasmissione funzionano a corrente impressa (e
  quindi costante).
• Alle sollecitazioni elettrodinamiche sono
  associate anche sollecitazioni termiche (effetto
  joule).

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Linee aeree problemi elettromeccanici

• La forza applicata per unità di lunghezza a due
  conduttori paralleli percorsi entrambi da una
  corrente I è

• La massima corrente di cto. cto. di una rete MT è
  di 12.5 kA se il conduttore è leggero possono
  sorgere problemi.
• Ulteriori problemi dovuti ad aumento momentaneo
  dei franchi ed a possibili intrecci.

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Linee aeree e fulminazione

• Il fenomeno della fulminazione interessa
  solamente le linee elettriche aeree.
• La fulminazione può essere
• Diretta, quando il fulmine colpisce direttamente
  un conduttore o una fune di guardia
• Indiretta, quando il fulmine cade nelle vicinanze
  della linea
• La probabilità di avere una fulminazione diretta
  è più bassa dellaltra, ma le sovratensioni
  associate al fenomeno sono più rilevanti.

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Linee aeree e fulminazione

• Il sistema di protezione tipicamente utilizzato è
  rappresentato dalle funi di guardia queste hanno
  però efficacia praticamente solo per linee con
  tensioni nominali superiori a 400 kV.
• In pratica per tensioni inferiori a 100 kV le
  funi di guardia non garantiscono alcuna
  protezione.
• In Italia le linee in MT (10 20 kV) non hanno
  la fune di guardia.

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Linee aeree e fulminazione
fulminazione indiretta
fulminazione diretta
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Linee aeree e fulminazione
Fulminazione indiretta in prossimità di una linea
in alta tensione
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Linee aeree e fulminazione
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Linee aeree e fulminazione
Fulminazione diretta in una linea in bassa
tensione
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Linee aeree e fulminazione
Fulminazione diretta in linee aeree in bassa
tensione
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Linee in cavo
HVDC cables
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Turbigo - Rho 400 kV
Lunghezza della connessione in cavo 8.3
km Lunghezza totale di cavo 50 km
circa Lunghezza delle singole pezzature fino a
800 m Portata nominale per cavo
(continuativa) 1600 A Conduttore Milliken
2000 mm2 Isolante XLPE Guaina metallica
Alluminio saldato
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Turbigo - Rho 400 kV
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Cavo per alta tensione in olio
condotto olio
conduttore
isolante
schermi
isolante esterno (cintura)
armatura metallica
guaina esterna
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CAVO PER MT TRIPOLARE
conduttore settoriale
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CAVO PER BT TRIPOLARE
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Modelli elettrici delle linee

• Le linee elettriche (aeree o in cavo) sono
  elementi nei quali una delle dimensioni
  (lunghezza) può raggiungere valori dello stesso
  ordine di grandezza della lunghezza donda dei
  segnali che vi circolano (a 50 Hz circa 6000 km).
• Per tale motivo questo componente non può essere
  descritto con modelli elettrici a parametri
  concentrati si devono quindi sviluppare modelli
  che tengano conto di questa realtà modelli a
  parametri distribuiti.
• Anche il calcolo delle cosiddette costanti
  delle linee viene effettuato tenendo conto di
  tale realtà.

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Modelli elettrici delle linee
E g(V,1/d)
H f( I,1/d)
Q
Q
r
r
s
s
t
t
I
d
H
V
P
E
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Modelli elettrici delle linee

• Le espressioni sotto riportate ipotizzano che il
  due campi (elettrico e magnetico) agiscano in
  maniera indipendente.

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Modelli elettrici delle linee

• In definitiva, tenendo conto delle ipotesi prima
  fatte e delle leggi dei campi elettrico e
  magnetico è possibile dimostrare che valgono le
  seguenti espressioni (valide per unità di
  lunghezza)

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Modelli elettrici delle linee

• Linduttanza longitudinale aumenta allaumentare
  della distanza tra le fasi e diminuisce
  allaumentare del raggio equivalente.
• La capacità trasversale aumenta al diminuire
  della distanza tra le fasi e diminuisce al
  diminuire del raggio equivalente.

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Modelli elettrici delle linee

• Impedenze caratteristiche tipiche delle linee
  italiane

Potenze caratteristiche Pcar-400 640
MW Pcar-220 130 MW Pcar-132 45 MW

• La potenza caratteristica è definita dalla
  seguente espressione

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Considerazioni su linee aeree/cavo

• Valori tipici delle capacità per unità di
  lunghezza delle linee sono i seguenti
• caerea 13 nF/km per linee aeree (400 kV)
• ccavo 250 nF/km per linee in cavo XLPE (400
  kV)
• La potenza reattiva prodotta dalle linee risulta
  quindi pari a
• Qaerea 0.7 MVAR/km per linee aeree (400 kV)
• Qcavo 10 ?12 MVAR/km per linee in cavo XLPE
  (400 kV)
• La potenza reattiva prodotta dalla linea riduce
  la portata della linea stessa.

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Considerazioni su linee aeree/cavo

• In pratica, a seconda della tecnologia
  utilizzata, dopo poche decine di km la potenza
  reattiva prodotta da una linea in cavo eguaglia
  la portata del cavo, cioè la portata del cavo è
  saturata dalla potenza reattiva da lui stesso
  prodotta.
• Occorre quindi procedere a tecniche di
  compensazione (reattanze shunt).
• In pratica, per una linea mista aerea-cavo, non
  si possono superare 20 km in assenza di
  compensazione.

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Linee aeree aumento della capacità di trasporto

• Lo sviluppo della richiesta di energia nel tempo
  comporta la necessità di aumentare la capacità di
  trasporto.
• I limiti alla capacità di trasporto sono imposti
  dai fenomeni di ricottura dei conduttori e dalla
  diminuzione dei franchi verso terra delle fasi.
• Laumento della capacità di trasporto può essere
  ottenuta tramite
• Impiego di sistemi di monitoraggio in tempo reale
  del comportamento della linea al variare della
  potenza trasportata
• Sostituzione del conduttore esistente con uno che
  possa trasportare una maggiore quantità di
  corrente

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Nuove tipologie di conduttori per linee aeree

• Laumento della capacità di trasporto dei
  conduttori può essere ottenuto attraverso
• Aumento della sezione utile (a parità di
  diametro)
• Miglioramento della dissipazione del calore
• Aumento della temperatura di esercizio
• Soluzioni costruttive che soddisfino tali
  requisiti sono
• Uso di conduttori compatti
• Uso di conduttori verniciati
• Uso di conduttori per alta temperatura

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Costi

• Costi delle linee per unità di potenza.