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May 03, 2023

Formule per il calcolo della reattanza delle sbarre tubolari e loro derivazione negli schemi di collegamento elettrico primario

Scientific Reports volume 13,

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 3223 (2023) Citare questo articolo

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L'operazione di commutazione elettrica in una sottostazione situata in un sistema di trasmissione ad alta tensione altera le modalità operative del cablaggio principale nella sottostazione o nel sistema. Modifiche importanti possono avere in breve tempo effetti negativi sul quadro elettrico del cablaggio principale. Lo studio quantitativo di questo problema deve basarsi sulla creazione di circuiti equivalenti del cablaggio principale, quando raramente esistono formule per calcolare la reattanza delle sbarre tubolari. In questo articolo, sulla base della teoria del campo elettromagnetico, si ottengono l'induzione magnetica e i collegamenti di flusso all'esterno e all'interno dei conduttori tubolari dal teorema dell'anello di Ampere, e quindi le formule per calcolare approssimativamente la reattanza delle sbarre tubolari con disposizione trifase in parallelo sono derivati. Dall'andamento e dai risultati del calcolo in un esempio si può vedere che le formule vengono applicate in modo semplice, conveniente e rapido e possono essere ampiamente diffuse nell'ingegneria elettrica pratica.

Innanzitutto viene discussa la necessità di calcolare la reattanza delle sbarre.

Le linee di trasmissione aeree o via cavo ad alta tensione sono per lo più costruite da conduttori flessibili, i cui parametri e circuiti equivalenti sono stati adottati in modo maturo nell'analisi e nel calcolo del sistema energetico1,2,3,4. Il cablaggio principale è una disposizione di collegamento delle sbarre nelle centrali elettriche e nelle sottostazioni. Si tratta di una catena chiave di un sistema energetico in cui le sbarre collettrici sono per lo più costituite da conduttori rigidi (ad esempio, sbarre tubolari, ecc.) e svolge un ruolo importante nella raccolta e distribuzione dell'energia elettrica. Le sbarre collettrici sono molto più corte delle linee di trasmissione e collegate ad esse in direzione perpendicolare. Quando si effettua un'analisi e un calcolo in un sistema di alimentazione, il cablaggio principale viene modellato come nodi di tensione, senza considerare l'influenza della resistenza e della reattanza delle sbarre sulla distribuzione dell'energia, ecc.

Il cablaggio principale è uno dei fattori importanti che influenzano l'affidabilità e la flessibilità di un sistema di alimentazione. I cambiamenti delle modalità operative e la manutenzione delle apparecchiature nel quadro sono inevitabilmente ottenuti modificando gli stati del quadro (ad esempio, un interruttore o un sezionatore è acceso o spento), operazione chiamata operazione di commutazione. Il processo di operazione di commutazione altera la connessione del circuito formato da ciascun componente elettrico in un sistema di alimentazione e i corrispondenti parametri operativi in ​​esso come tensione, corrente, potenza, ecc. Quando nelle centrali elettriche e nelle sottostazioni vengono applicate forme semplici di cablaggio principale (ad esempio, cablaggio a bus singolo, ecc.) o in forme complesse di cablaggio principale viene eseguita un'operazione di commutazione con pochi passaggi, l'influenza della suddetta modifica dei parametri operativi sul normale funzionamento a regime del sistema di alimentazione può essere ignorata.

Tuttavia, le forme di cablaggio principale di elevata affidabilità e flessibilità con sbarre collettrici (come il cablaggio a doppia sbarra, ecc.) sono complesse e non esiste un solo schema praticabile per le sequenze e le fasi dell'operazione di commutazione. Prendendo ad esempio le sbarre di commutazione sotto forma di cablaggio a doppia sbarra, anche se viene condotto lo stesso tipo di operazione di commutazione con la stessa modalità operativa iniziale, come la manutenzione delle sbarre in funzione, ci sono almeno due schemi per realizzare il make-before - manovra di interruzione dei sezionatori di sezione sbarre5,6: una è quella di mettere in riserva i sezionatori collegati alle sbarre in tutti gli stalli prima di interrompere i sezionatori collegati alle sbarre in servizio in quegli stalli; l'altro è il make-before-break da uno stallo all'altro uno per uno, cioè realizzare i sezionatori collegati alle sbarre in riserva nel primo stallo prima di interrompere i sezionatori collegati alle sbarre in servizio nello stesso stallo, quindi effettuare e mettere in interruzione nella seconda campata, nella terza campata, ecc. Diverse sequenze operative formano diverse connessioni circuitali del cablaggio principale, dove è possibile far sì che la corrente che scorre attraverso segmenti di sbarre collettrici, quadri, linee in entrata e in uscita aumenti fino a diventare temporaneamente sovracorrente, il che inevitabilmente produce un'influenza sulla durata prevista delle apparecchiature sopra menzionate. Eviterà il verificarsi di fenomeni di sovracorrente a breve termine nel cablaggio principale e creerà una base teorica per lo sviluppo automatizzato e intelligente dell'operazione di commutazione per analizzare e studiare l'influenza delle sue diverse sequenze.