Se stai specificando un parafulmine per una rete di media-tensione, la prima domanda che di solito sorge è abbastanza semplice: ho bisogno di un'unità da 11 kV o di una da 33 kV? La risposta sembra ovvia, ma il processo di selezione è molto meno semplice rispetto al semplice abbinamento dell'etichetta dello scaricatore alla tensione del sistema. Sbagli e ti ritroverai di fronte a un dispositivo che non riesce a proteggere o, peggio, funziona quando non dovrebbe.
Questa guida illustra le reali differenze tra gli scaricatori da 11 kV e 33 kV, coprendo i valori di tensione, i requisiti di messa a terra, la classe degli scaricatori e le specifiche che contano effettivamente quando si prende una decisione in materia di approvvigionamento.
Scaricatore di fulmini
Tabella di riferimento rapido
| Parametro | Sistema 11kV | Sistema 33kV |
|---|---|---|
| Messa a terra tipica | Solidamente a terra (stella) | Non-effettivamente collegato a terra (delta) |
| Tensione nominale consigliata (Ur) | 9kV | Da 36kV a 42kV |
| MCOV | ~7,65 kV | ~29kV a 34kV |
| Corrente nominale di scarica | 10kA | 10kA |
| Classe di scaricatori | Classe di distribuzione | Classe della stazione |
| BIL | 75kV | 170kV |
| Standard | CEI 60099-4 | CEI 60099-4 |
La parte che la maggior parte delle persone sbaglia: riguarda la messa a terra, non solo la tensione
C'è una cosa che fa inciampare molti ingegneri: la tensione nominale di un parafulmini non è la stessa tensione del sistema. Il numero scelto dipende in larga misura da come è collegata a terra la rete, ed è qui che i sistemi da 11 kV e 33 kV tendono a comportarsi in modo molto diverso.
La maggior parte delle reti da 11 kV sono solidamente collegate a terra. Il centro stella del trasformatore è collegato direttamente a terra, il che significa che durante un guasto di fase singola-, la tensione sulle altre due fasi rimane relativamente stabile, aumentando fino a circa l'80% della tensione da linea-a-linea. Per questo motivo, gli ingegneri in genere dimensionano lo scaricatore a 0,8 volte la tensione del sistema. Per una rete da 11 kV, la tensione nominale è di circa 9 kV. È un calcolo semplice e il dispositivo risultante è compatto,-economico e-adatto per la protezione a livello di distribuzione-.Il parafulmine da 11KVdi Victory Electric, ad esempio, è costruito esattamente attorno a questa specifica di classe di distribuzione-, con un alloggiamento in polimero e uno stack di varistori all'ossido di zinco ottimizzati per quell'ambiente operativo.
I sistemi a 33kV sono una situazione completamente diversa. Gran parte delle reti da 33 kV, in particolare in Asia, Africa e parti d'Europa, utilizzano avvolgimenti del trasformatore collegati a triangolo. Gli avvolgimenti delta non hanno un punto neutro, quindi non esiste un percorso diretto verso la terra. Quando si verifica un guasto su una fase, la tensione sulle fasi sane può salire fino alla tensione di linea completa, a volte un po' più in alto. Ciò significa che lo scaricatore deve essere dimensionato per gestirlo continuamente e il moltiplicatore 0,8 non si applica più. Invece, la tensione nominale è impostata al 100% della tensione del sistema o superiore, motivo per cui gli scaricatori da 33 kV in genere hanno valori nominali compresi tra 36 kV e 42 kV a seconda del margine di sicurezza preferito dall'azienda di distribuzione.
Applicando la logica di selezione 11kV a aScaricatore di fulmini 33KVè uno degli errori più comuni e costosi commessi in fase di specifica. Uno scaricatore sotto-inizierà a condurre in condizioni di guasto a terra, accumulerà calore che non potrà dissipare e alla fine fallirà.
Scaricatore di fulmini VICTORY 33KV
MCOV: la specifica che viene saltata troppo spesso
MCOV sta per tensione operativa continua massima. Negli standard IEC lo vedrai anche scritto come Uc. È la tensione più alta alla quale lo scaricatore può rimanere continuamente, in condizioni operative normali, senza degradarsi nel tempo.
Questo è importante perché lo scaricatore è sempre collegato tra fase e terra. Anche quando non si verificano picchi, la normale tensione da fase-a-terra è costantemente presente. Durante un guasto su un'altra fase, la tensione aumenta temporaneamente. Lo scaricatore deve resistere senza condurre e senza cuocersi durante il processo.
I numeri si suddividono più o meno così:
- Uno scaricatore da 9 kV per un sistema da 11 kV avrà un MCOV di circa 7,65 kV
- Uno scaricatore nominale da 36 kV per un sistema da 33 kV si trova generalmente a circa 29 kV
- Uno scaricatore da 42 kV, che offre un margine leggermente maggiore, raggiunge circa 34 kV
Quando esamini una scheda tecnica, non limitarti a guardare la tensione nominale. Controlla il MCOV rispetto alla tensione massima effettiva da linea-a-terra del tuo sistema, inclusa la normale tolleranza operativa, che solitamente è più o meno il 10% del valore nominale. Questo è il numero che ti dice davvero se lo scaricatore si trova a suo agio nella tua rete.
Classe di distribuzione vs Classe stazione
Gli scaricatori da 11 kV sono quasi sempre di classe di distribuzione. Sono progettati per linee aeree, trasformatori montati su palo-, unità principali ad anello e applicazioni simili. Sono più leggeri, più piccoli e hanno un prezzo adatto all'implementazione di massa nelle reti di distribuzione.
Gli scaricatori da 33 kV nelle sottostazioni di rete sono di un livello completamente diverso. Sono tipicamente di classe Station, il che significa maggiore capacità di assorbimento di energia, migliori valori nominali di resistenza al corto-circuito (alcuni standard li testano fino a 63.000 A), distanze di dispersione più lunghe per ambienti costieri o industriali e un contenimento dei guasti interni più robusto. Questi non sono intercambiabili con le unità della classe di distribuzione e la differenza di costo riflette reali differenze tecniche, non solo un aumento di tensione.
In una tipica sottostazione di distribuzione da 33/11 kV, il lato in ingresso da 33 kV necessita di protezione di classe stazione, mentre gli alimentatori in uscita da 11 kV possono utilizzare hardware di classe di distribuzione. Se ti rifornisci per entrambi i lati di una sottostazione di questo tipo, la gamma di prodotti da 33 kV di Victory Electric include scaricatori di classe-stazione e relativi accessori di protezione-da media tensione che coprono il lato-a tensione più alta dell'installazione.
Tensione residua e margine di protezione
Quando si confrontano effettivamente due scaricatori uno a uno, il numero più utile è la tensione residua, a volte chiamata tensione di scarica o livello di protezione contro i fulmini. Viene misurato a 10 kA con una forma d'onda di 8/20 μs e indica quanta tensione lascia passare lo scaricatore durante una sovratensione.
Minore è la tensione residua, migliore è la protezione. Ma deve anche rimanere ben al di sotto del livello di isolamento di base dell'impulso (BIL) della tua attrezzatura. Un margine di protezione confortevole è in genere compreso tra il 20 e il 30%.
Per un sistema da 11 kV con un BIL di 75 kV, la tensione residua dello scaricatore dovrebbe idealmente essere inferiore a circa 53 kV. Per un sistema da 33 kV in cui BIL è tipicamente 170 kV, la tensione residua dovrebbe rimanere inferiore a circa 120 kV. Se stai confrontando unità di fornitori diversi, utilizza la colonna 10kA sulla scheda tecnica come punto di confronto e scegli il numero più basso.
Alcuni errori che vale la pena evitare
Supponendo che la tua rete da 33 kV sia saldamente messa a terra senza controllo. Molte infrastrutture legacy da 33 kV funzionano con configurazioni con messa a terra- a impedenza o delta. Confermare sempre con l'operatore di rete prima di scrivere le specifiche.
Distanza superficiale trascurabile in ambienti sporchi. Le sottostazioni costiere e i siti vicino alle emissioni industriali necessitano di una dispersione superficiale estesa, in genere 25 mm/kV o più. Su apparecchiature da 33 kV, ciò si traduce in una differenza fisica significativa nella lunghezza dell'isolante.
Corrispondenza della tensione nominale senza controllare MCOV. Due scaricatori con lo stesso Ur possono avere MCOV diversi. Quello con il MCOV inferiore potrebbe andare bene sulla carta ma avere difficoltà nelle condizioni effettive della rete.
Installazione dell'hardware della classe di distribuzione su una sbarra collettrice da 33 kV. I livelli di energia e l'esposizione ai guasti sulle sbarre delle sottostazioni non rientrano nell'ambito per cui sono progettati gli scaricatori della classe di distribuzione. La classe Station non è opzionale in quel contesto.
La versione breve
La differenza fondamentale tra uno scaricatore da 11 kV e uno da 33 kV non è solo la tensione sull'etichetta. Dipende dal modo in cui la rete viene messa a terra, da cui dipende il calcolo della tensione nominale, i requisiti MCOV e la classe dello scaricatore. Uno scaricatore da 11 kV su una rete saldamente messa a terra può essere dimensionato in modo conservativo e mantenuto semplice. Il scaricatore di fulmini da 33 KV, che funziona in una rete tipicamente dissotterrata o delta, deve essere valutato con una classificazione superiore a quanto ci si potrebbe aspettare, specificato nella classe della stazione e verificato attentamente rispetto alle condizioni di guasto reali.
In caso di dubbi, attenersi alla norma IEC 60099-4, confermare la disposizione di messa a terra e non considerare la scelta dello scaricatore come un esercizio di spunta.