Università degli studi di Padova
Dipartimento di ingegneria elettrica
Problematica delle prove
I laboratori che si occupano di ricerca e sviluppo di
componenti per questo campo di tensioni richiedono
normalmente generatori con tensioni nominali di
2000-2400 kV in alternata
1500-2000 kV in continua
5000-7000 kV ad impulso
Grossi investimenti in termini di apparecchiature ed
opere civili
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Sistemi 420 kV
1000 kV in alternata
Continua ????
2400 - 3000 kV ad impulso
Laboratori comunque di grosse dimensioni
generatori + oggetto in prova
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Tensioni continue
• Prove su tutte quelle parti degli impianti che DC
• Misure di resistenza d'isolamento
• Prove nelle quali si vuole sollecitare il dielettrico senza
che esso sia interessato da forti correnti
• Applicazioni industriali (raggi X, elettrostatica etc.)
Tensioni alternate a frequenze industriali
• Prove su tutte le macchine e componenti per AC.
Esse sono le più largamente utilizzate, anche per la loro
più comune disponibilità.
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Tensioni alternate ad alta ( o bassa) frequenza
Sono usate solo in pochi casi particolari.
Generatore di Tesla
Generatori tensioni alternate f< 1 Hz
Tensioni transitorie
Esse intendono rappresentare i fenomeni transitori
esistenti nelle reti. Le più comuni sono le tensioni ad
impulso che riproducono le sovratensioni di origine
atmosferica e quelle di manovra.
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Normalmente, nell’ambito delle prove, la tipologia
delle tensioni non è intercambiabile.
In DC la distribuzione di campo dipende dalla
resistività del materiale
In AC dalla permittività dei materiali
Con tensioni impulsive problemi particolari soprattutto
in presenza di avvolgimenti
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NORMATIVA PER LE PROVE DIELETTRICHE
• IEC 60060-1 – High-voltage test techniques - Part 1:
General definitions and test requirements
• IEC 60060-2 - High voltage test techniques - Part 2:
Measuring systems
• IEC 60060-3 - High-voltage test techniques - Part 3:
Definitions and requirements for on-site testing
• IEC 62475 - High current test techniques - Definitions
and requirements for test currents and measuring
systems
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TENSIONI IMPULSIVE
Per simulare questo tipo di sollecitazioni, allo scopo sia
di studiare il comportamento di isolamenti in queste
condizioni sia di effettuare i vari tipi di prove di
omologazione, vengono utilizzate in laboratorio le
tensioni dette comunemente ad impulso,
ossia tensioni transitorie unidirezionali
che raggiungono il massimo in tempi molto brevi (µs o
al massimo qualche centinaio di µs) e poi scendono
più lentamente fino a zero.
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Hanno andamento nel tempo del tipo di quello
rappresentato in figura e possono essere ottenute in
laboratorio fino a valori massimi estremamente elevati.
V
VM
0.5VM
T1
T2
t
Onda impulsiva doppio-esponeziale
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L'onda di tensione di questo tipo, che ha andamento
doppio esponenziale, viene generalmente caratterizzata
dal suo valore massimo VM, dalla durata T1 del fronte,
tempo in cui la tensione sale da zero al valore massimo,
e dalla durata T2 della coda sino all'emivalore, tempo in
cui la tensione si riduce a metà del suo valore massimo.
I tempi vengono espressi in microsecondi e l'onda viene
normalmente designata "onda T1/T2".
Per le definizioni si fa riferimento alla IEC 60060-1.
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•Prove dielettriche hanno notevole impatto economico
•Rischio concreto di danneggiamento apparecchiatura
•Necessità di prove riproducibili
•Prove dovrebbero essere anche rappresentative
Normalizzazione in ambito internazionale sulla base di
una serie di studi sulle tipologie di sovratensioni
significative per quanto riguarda le fulminazioni e le
sovratensioni di manovra
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IMPULSI DI FULMINAZIONE
•1,2/ 50 µs
IMPULSI DI MANOVRA
•250/2500 µs
I primi vengono usati anche per prove EMC
(prova di surge)
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• Tempi che intervengono sono di almeno tre ordini di
grandezza sotto quelli dell’alternata (µs invece di ms)
• In qualche caso necessità di considerare i componenti
a costanti distribuite (in 1 µs una perturbazione
elettromagnetica percorre circa 300 m)
• Importanza degli elementi “parassiti” (L e C) dei
circuiti
• Problemi derivanti dal fatto che i circuiti per alte
tensioni sono estesi ed i componenti hanno dimensioni
notevoli.
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V
1.0
0.9
B
0.5
0.3
0
A
0
T
T1
T2
Determinazione dei parametri convenzionali di un impulso di fulminazione
T1 = 1,67 T
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v(t) = k  V M · (e-t/2 - e-t/1)
e-t/τ2
VM
t
e-t/τ1
τ1
τ2
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Per onde di fulminazione
τ2  70s
τ1  400ns
Impulsi con queste caratteristiche non possono
essere prodotti con trasformatori ma si richiedono
circuiti particolari
Costanti di tempo così brevi si possono ottenere
con la scarica di condensatori.
Schema utilizzato generatore di Marx (Erwin)
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SCHEMA DI PRINCIPIO
S1
V0
C1
Rf
Rf
S1
R2
C2
V
V0
C1
a)
R2
C2
V
b)
Rf = resistenza di fronte
R2 = resistenza di coda
C2 = condensatore di fronte (comprende anche la capacità del carico)
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