Università degli studi di Padova
Dipartimento di ingegneria elettrica
Cb
d
t
Va
Ca
Cc
V
a)
b)
Ca  Cc  Cb
Va
Vc
+
Vsc
εb t ,

V c Va
εc d
-
Vsc
c)
(a) provino con vacuolo; (b) circuito equivalente; (c)
tensione ai capi del vacuolo con e senza scariche
parziali
G.Pesavento
1
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Rivelazione delle scariche parziali
Supponiamo una sorgente di tensione alternata che alimenta, tramite
un trasformatore, un provino di materiale solido isolante, nel cui interno
si verificano delle scariche parziali.
Le brusche variazioni di tensione che avvengono ai capi del vacuolo
interessato non sono direttamente rilevabili; infatti, nelle ipotesi già
enunciate relative ai valori delle capacità, ammettendo per il momento
che l’insieme dei tre condensatori sia disaccoppiato dall’alimentazione,
si avrebbe per effetto della scarica di Cc una perdita di carica che
verrebbe compensata dal condensatore Ca con conseguente caduta di
tensione che vale
 Va 
G.Pesavento
Cb
 Vc
Ca  C b
2
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F
V
G.Pesavento
i(t), q
Va
Ca

Ct Cb
Cc

3
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F
Co
Ck
Ct
Vo
V
Zm
M
Circuito di misura delle
Scariche parziali
G.Pesavento
4
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Co
Ct
Vo
Schema semplificato di calibratore
Q=V0 C0
G.Pesavento
5
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Il valore di un impulso di corrente è espresso dalla carica che
esso trasporta; se vi fosse in origine un unico impulso ideale, la
forma del segnale rilevato ai capi dell’impedenza Zm
rappresenterebbe la risposta impulsiva del circuito di prova, e
l’area dell’impulso sarebbe direttamente rilevabile dal valore
massimo del segnale di misura, attraverso una costante
determinata dalla taratura eseguita con una carica nota.
i(t)
R
L
C
V0
V0 (t)
CRO
Amplificatore
passa banda
G.Pesavento
VCRO
Schema generale dell’impedenza di misura
6
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v( t ) 
α

q t 

e  cos t  sin t 
C



1
1
; β
 α2  ω0 1  α2 LC
2RC
LC
L’andamento della tensione nel tempo non riproduce
assolutamente la forma d’onda dell’impulso di corrente ma dipende
sostanzialmente dalle caratteristiche dell’impedenza e della banda
passante dell’amplificatore; ogni informazione relativa alla forma è
quindi perduta mentre il massimo della tensione risulta
proporzionale alla carica apparente. La stessa forma della
tensione in uscita può essere variata per lo stesso impulso
semplicemente aggiustando i valori dei parametri circuitali
dell’impedenza di misura.
G.Pesavento
7
1
FFT
Uscita Lin.
Uscita Log.
0.9
0.3
0.2
0.8
Risposta Impulsiva [V]
Impedenza di Trasferimento Normalizzata Z(f)
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Dipartimento di ingegneria elettrica
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.1
0
-0.1
-0.2
0.2
0.1
-0.3
0
10
-2
100
-1
0
1
2
Frequenza f [kHz]
3
4
5
6
7
8
9
10
Tempo t [us]
Sistema a banda larga
0.2
FFT
IEC60270
0.9
0.15
0.8
Risposta Impulsiva [V]
Impedenza di Trasferimento Normalizzata Z(f)
1
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.1
0.05
0
-0.05
-0.1
0.2
-0.15
0.1
0
400
410
420
430
440
450
460
470
480
490
-0.2
0
50
100
150
200
250
300
Tempo t [us]
Frequenza f [kHz]
G.Pesavento
Sistema a banda stretta
8
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G.Pesavento
9
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Circuito equivalente ad una sorgente di scariche parziali in un
cavo
G.Pesavento
10
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Principio della localizzazione di una sorgente PD in un cavo basato sulla
riflettometria (TDR
G.Pesavento
)
11
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L’impedenza, operando un filtraggio in frequenza, effettua una
“pseudo integrazione”; sono attualmente disponibili sistemi che
integrano il segnale con un integratore attivo preceduto da una
impedenza in grado di riprodurre in modo abbastanza fedele il
segnale. L’integratore elettronico deve essere riportato a zero
sistematicamente altrimenti i vari contributi a gradino poterebbero
l’uscita in saturazione.
G.Pesavento
Integratore attivo
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Ck
Ct
rivelatore
1
2
V
Circuito di rilevazione a ponte
G.Pesavento
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Sovratensioni sostenute
Le sovratensioni sostenute sono transitori oscillanti poco smorzati a
frequenza di rete, o prossima ad essa con durate che possono variare,
secondo i dispositivi di protezione esistenti, da pochi periodi fino a
qualche secondo.
La loro importanza sta nel fatto che il loro valore massimo può
condizionare il livello di protezione di alcuni tipi di scaricatori che non
debbono intervenire al loro presentarsi, data l'energia che sarebbero
chiamati ad assorbire.
Esse, inoltre, possono risultare determinanti nella scelta dell'isolamento
in atmosfera contaminata.
• improvvise perdite di carico
• disinserzione di carichi induttivi o inserzione di carichi capacitivi
• chiusura di linee a vuoto
• guasti monofase a terra
• fenomeni di risonanza e autoeccitazione.
G.Pesavento
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Sovratensioni di manovra
•inserzione di linee
•perdite di carico all'estremo di una linea
•apertura di piccole correnti induttive
•apertura di correnti capacitive
•stabilirsi di guasti a terra.
G.Pesavento
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LE SOLLECITAZIONI DIELETTRICHE
1
f(V)
p
0,5
p1
dV
V0
V
V1
Densità di probabilità dei valori di sovratensione
G.Pesavento
V
Distribuzione cumulata dei valori di
sovratensione
Se si considera un valore V0 di tensione, il termine f(V0)dV
rappresenta la probabilità che la sovratensione abbia
valore compreso nell’intervallo dV attorno a V0. Se Vm è il
minimo valore che può assumere la sovratensione,
l’integrale
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V0
 f (V)dV
Vm
V1
1   f (V)dV;
Vm
Generalmente la determinazione della distribuzione
statistica delle sovratensioni viene effettuata già in fase di
progetto su modelli di rete a mezzo di calcolatore
numerico ( SPICE, EMTP) o con un "analizzatore di
transitori di rete" (TNA – Transient Network Analizer) o
con sistemi misti. In tale modo mediante una variazione
sistematica dei parametri più importanti si può ottenere
una più completa distribuzione statistica, arrivando anche
ad individuare gli eventi più gravosi che normalmente
sono anche quelli meno probabili.
G.Pesavento
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Sovratensioni di manovra
Evento
Punto considerato
Chiusura di linee in assenza di
mezzi di controllo
All’estremità di manovra
2 ÷ 2,5
All’estremità aperta
2,4 ÷2,8
Richiusura trifase in assenza di
mezzi di controllo
All’estremità di manovra
2,3÷ 3
All’estremità aperta
3 ÷3,7
Richiusura monofase in assenza
di mezzi di controllo
All’estremità di manovra
1,5÷ 1,8
All’estremità aperta
1,8 ÷ 2,4
Chiusura di linee e richiusura
trifase con interruttori dotati di
resistore di preinserzione
All’estremità di manovra
1,6 ÷ 1,8
All’estremità aperta
1,7 ÷ 2,2
Chiusura di linee e richiusura
trifase con interruttori dotati di
più resistori di preinserzione
All’estremità di manovra
1, 2 ÷ 1,4
All’estremità aperta
1,5 ÷ 1,7
Apertura di linee a vuoto senza
riadescamenti
Lato linea dell’interruttore
manovrato
Apertura di linee a vuoto con
riadescamenti
Valori confrontabili con quelli della richiusura trifase in assenza di mezzi di
controllo
Apertura di trasformatori a vuoto
Lato trasformatore manovrato
Lato sbarre
G.Pesavento
Valore massimo della sovratensione
(p.u.)
1,3
2 ÷ 2,3
1
18