IT201800003453A1 - Metodo e sistema per limitare la corrente di guasto nelle reti elettriche - Google Patents

Description

Titolo

Metodo e sistema per limitare la corrente di guasto nelle reti elettriche

Campo Tecnico

-La presente invenzione concerne un sistema formato unicamente da componenti passivi per limitare il valore delle correnti di guasto nelle linee elettriche.

-Più particolarmente, la presente invenzione concerne sistema realizzato da un circuito risonante-serie formato da una induttore non lineare ed un condensatore.

Antefatti della Invenzione

-Attualmente esistono soluzioni per limitare la corrente di guasto nelle linee elettriche basate sull’utilizzo di circuiti sia risonanti che non risonanti, sia con componenti attivi che passivi. Tuttavia tali soluzioni presentano una serie di inconvenienti.

-Un primo inconveniente è dovuto alla complessità circuitale. Essi infatti sono costituiti da un numero elevato di componenti tra di loro connessi in vario modo.

-Un secondo inconveniente è dovuto al fatto che alcuni sistemi limitatori di corrente di guasto richiedono di essere alimentati con sorgenti esterne, sia in ac che in dc.

Oggetto della Invenzione

-Lo scopo della presente invenzione è quello di ovviare i sopra lamentati inconvenienti. -L'invenzione, la quale è caratterizzata dalle rivendicazioni, risolve il problema di utilizzare molti componenti, sia passivi che attivi, per limitare la corrente di guasto nelle reti elettriche. La soluzione proposta utilizza un numero minimo di componenti e minore rispetto ai sistemi attualmente proposti, fino al caso limite di utilizzare soltanto due componenti reattivi formati da un condensatore ed un induttore non lineare.

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Breve Descrizione delle Figure dei Disegni Allegati

-Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno particolarmente evidenti dalla descrizione che segue di alcune sue preferite forme di realizzazione pratiche, qui date a titolo esemplificato e non limitativo e fatte con riferimento alle figure dei disegni allegati in cui:

>-Figura 1 illustra una forma di realizzazione del sistema limitatore della corrente di guasto installato a valle del trasformatore alimentatore della rete elettrica e a monte della rete elettrica stessa;

Descrizione del funzionamento del sistema e delle figure

-Con riferimento alla Figura 1, essa illustra, schematicamente, una prima forma di realizzazione pratica di un sistema 100 per limitare la corrente di guasto nelle reti elettriche. Il sistema, nella sua minima entità funzionale, è formato da un induttore non lineare 101 ed un condensatore 102 ad esso collegato in serie. I due elementi reattivi sono dimensionati in modo da avere una frequenza di risonanza pari alla frequenza nominale a cui è esercita la rete elettrica. Tipiche frequenze nominali f di esercizio nelle reti elettriche mondiali sono 50Hz e 60Hz.

Durante il normale esercizio della rete elettrica, l’impedenza risultante della serie formata dall’induttore 101 e dalla capacità 102 è nulla a meno del valore della resistenza che i due componenti presentano. Tipici valori di tale resistenza sono dell’ordine di milliohm.

Al presentarsi di una condizione di guasto fase-fase o fase-terra lungo la rete, rappresentata dalla impedenza equivalente 103 in Figura 1, l’aumento della corrente che ne consegue determina una riduzione del valore L dell’induttanza dell’induttore 101. Tale variazione può per esempio verificarsi per effetto della saturazione del nucleo con cui è realizzato l’induttore. Come conseguenza di tale riduzione del valore L, la serie costituita dall’induttore 101 e dal condensatore 102 non risulta più in condizioni di risonanza alla frequenza nominale di esercizio della rete.

Ciò implica un aumento della impedenza equivalente della serie suddetta che assume un valore approssimativamente pari a quello della reattanza del condensatore 102.

Il dimensionamento opportuno del valore del condensatore consente di limitare la corrente di guasto al valore desiderato.

Di seguito i passi seguiti per dimensionare in modo opportuno i valori dei due componenti reattivi 101 e 102 del sistema 100.

a. Disponibilità dei dati di targa del trasformatore alimentatore 104 delle rete elettrica. b. Disponibilità del valore della induttanza equivalente 106, XL, della linea elettrica a valle del sistema 100.

c. Disponibilità del valore efficace massimo Igcc che deve assumere la corrente di guasto.

d. Calcolo del valore della reattanza XTcc di cortocircuito 105 del trasformatore alimentatore 104 utilizzando le comuni formule dell’elettrotecnica a partire dai dati del punto a.

e. Calcolo della reattanza Xc del condensatore 102 secondo la seguente formula:

In cui Un è il valore efficace nominale della tensione a cui è esercita la rete elettrica.

f. Il valore C del condensatore 102 è pari a

g. Il valore L dell’induttore non lineare 101 in condizioni di normale esercizio è pari a

h. L’induttore non lineare 101 deve essere dimensionato in modo tale che il valore di L si riduca sensibilmente per valori di corrente almeno pari al valore di Igcc.

Una possibile soluzione a questo è di utilizzare per l’induttore 101 un nucleo ferromagnetico dimensionato in modo che la corrente Igcc produca un campo magnetico tale da portare in una condizione di piena saturazione il materiale medesimo.

-La descrizione del sistema risonante e del metodo per realizzarlo è data a titolo puramente esemplificato e non limitativo e, pertanto a detto sistema ed a detto metodo si possono applicare tutte quelle modifiche o varianti suggerite dalla pratica e rientranti nella portata delle rivendicazioni che seguono.

-Le rivendicazioni che seguono sono anche una parte integrativa per la sopra significata descrizione.

Claims (5)

1. RIVENDICAZIONI 1) Sistema 100 costituito da un insieme di componenti reattivi sia capacitivi 102 che induttivi 101 che implementa un metodo per limitare la corrente di guasto nelle reti elettriche caratterizzato per il fatto che durante il normale esercizio la loro impedenza equivalente sia sostanzialmente minore rispetto alla impedenza 103 del carico, alla impedenza 106 della linea e alla impedenza 105 del trasformatore; caratterizzato per il fatto che in condizioni di guasto l’impedenza equivalente del sistema 100 sia sostanzialmente pari a quella del condensatore 102; caratterizzato per il fatto che il valore della capacità C del condensatore 102 sia ottenuta mediante la seguente espressione: in cui
2. essendo f la frequenza nominale di esercizio delle rete elettrica; Un il valore efficace della tensione nominale di esercizio della rete; Igcc il valore efficace massimo che si vuole che assuma la corrente di guasto; XTCC la reattanza equivalente del trasformatore di alimentazione della rete elettrica, XL la reattanza della linea a valle del sistema 100. 2) Sistema secondo la rivendicazione 1), caratterizzato per il fatto che il basso valore della impedenza complessiva del sistema 100 in normali condizioni di esercizio è ottenuta dimensionando i due componenti reattivi 101 e 102 in modo da essere in risonanza alla frequenza nominale di esercizio della rete e tali che il valore di induttanza dell’induttore 101 è dato da:
3. 3) Sistema secondo la rivendicazione 1) caratterizzato per il fatto che il valore della L della induttanza dell’induttore 101 in condizioni di guasto è sensibilmente minore del valore che essa assume in condizioni di normale esercizio.
4. 4) Sistema secondo la rivendicazione 3) caratterizzato per il fatto che il nucleo dell’induttore 101 sia realizzato con un materiale la cui permeabilità magnetica dipenda dalla corrente che percorre gli avvolgimenti dell’induttore e tale che, alla corrente di guasto Igcc, la permeabilità magnetica del materiale stesso si riduca significativamente rispetto al valore assunto in condizioni di normale esercizio.
5. 5) Sistema per limitare la corrente di guasto nelle reti elettriche secondo una delle rivendicazioni da 1) a 4) e sostanzialmente come descritto ed illustrato con riferimento alla figura allegata e per gli scopi sopra specificati.