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ISOLATORI PASSANTI

21/01/2020
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Sviluppi recenti e futuri della normativa tecnica internazionale

Giovanni Testin, Presidente CEI SC 36A

Il SottoComitato 36A “Isolatori passanti” segue gli sviluppi normativi riguardanti gli isolatori passanti, che vengono forniti come componente individuale da impiegare su apparecchiature elettriche e in impianti, per sistemi a corrente alternata trifase con tensioni superiori a 1000 V e con frequenza tra 15 Hz e 60 Hz e sistemi e impianti di trasmissione di energia in HVDC.

In questo articolo si offre una panoramica sulle principali attività normative svolte dal SottoComitato in sede internazionale negli ultimi anni e di quelle che sono attualmente in fase di sviluppo.

Introduzione sugli isolatori passanti

Lo scopo di questi componenti è di consentire, in un modo sicuro ed affidabile, il passaggio fisico di un conduttore in tensione attraverso una parete metallica o in muratura, normalmente posta al potenziale elettrico di terra.

Per questo motivo gli isolatori passanti vengono utilizzati su macchinari elettrici come trasformatori, generatori, motori, blindati e apparecchiature isolate in aria o in gas SF6 e come passa-muro per poter collegare linee aeree con apparecchiature installate all’interno di edifici.

In funzione della soluzione costruttiva adottata per il controllo del campo elettrico interno, gli isolatori possono essere classificati come Passanti a condensatore o come Passanti senza condensatore. La scelta tra le due soluzioni dipende essenzialmente dalla tensione nominale del componente, dai livelli di prova richiesti, da aspetti economici e costruttivi e dalla eventuale necessità di segregare fisicamente fluidi diversi presenti sui due lati del passante, per esempio: Olio – Aria, Olio – Olio, Olio – SF6, SF6- Aria.

La progettazione degli isolatori passanti richiede la soluzione di vari problemi di carattere elettrico, termico, di meccanica statica e dinamica. Tutto questo in funzione delle tensioni e delle correnti in gioco, dei materiali e componenti utilizzati e delle situazioni ambientali, specifiche degli impianti e dei macchinari sui quali vengono installati.

Riguardo agli aspetti normativi, negli anni recenti, le principali norme tecniche che guidano la progettazione, le prove e la standardizzazione degli isolatori passanti sono state oggetto di profonde revisioni e il SC 36A ha collaborato attivamente a livello internazionale per la preparazione di nuove norme o per la revisione di quelle esistenti.

Questo articolo riassume le principali attività svolte dal SC in ambito IEC e CENELEC ed i prossimi lavori normativi che verranno affrontati negli anni futuri.

Norma IEC 60137, Ed 7, 2017-06 – Insulated bushings for alternating voltages above 1000 V

Questa norma tecnica costituisce il riferimento principale che regola la progettazione e le prove di tutti gli isolatori per corrente alternata con tensione nominale > 1 kV.

Le principali innovazioni rispetto alla precedente edizione del 2008 sono state:

  • inclusione della nuova famiglia di isolatori basati sulla tecnologia RIS (Resin Impregnated Synthetic);
  • introduzione delle nuove classi di tensione Um = 1100 kV e 1200 kV;
  • estensione delle prove termiche agli isolatori isolati in liquido conformi alla clausola 3.4 e introduzione del concetto di validazione delle prestazioni termiche sulla base di simulazioni agli elementi finiti per quelle tipologie di isolatori che non consentono la misura diretta della temperatura del conduttore;
  • introduzione della prova d’impulso atmosferico a secco come prova di routine per tutti gli isolatori con tensione Um > 72.5 kV;
  • revisione dei fattori di correzione per l’altitudine di installazione > 1000 m;
  • introduzione di un paragrafo riguardante i fenomeni di Very Fast Transient che si generano nei condotti blindati e che possono impattare sugli isolatori di tipo a condensatore.

Questo documento è stato recepito in lingua inglese dal CEI come Norma CEI EN 60137:2018-05.

Norma IEC/IEEE 65700-19-03: 2014 – Bushings for DC application

Questa norma tecnica costituisce un ottimo esempio di armonizzazione tra i due più importanti Enti normatori internazionali attivi nel campo elettrotecnico.

Il punto di partenza di questo lavoro sono state le due Norme IEC 62199 (2004) e IEEE Std C57.19.03 (1996) relative ai passanti per applicazioni HVDC.

Il lavoro è stato molto impegnativo ed ha riguardato tutti gli aspetti legati a questa tecnologia di trasmissione dell’energia ed ai relativi impatti sui passanti e sulle prove, tra i quali:

  • le definizioni di tensione e corrente nomina le per questi passanti;
  • la tipologia di passante, che può essere per pura DC o Combined Voltage application (AC + DC);
  • gli aspetti legati alla corrente nel passante, che può essere pura DC oppure AC con un elevato contenuto di armoniche proveniente dal convertitore;
  • gli aspetti riguardanti l’impatto della polluzione ambientale sull’isolamento esterno del passante e le condizioni operative e di installazione.

Il nuovo documento, che sostituisce entrambe le Norme IEC 62199 (2004) e IEEE C57.19.03 (1996) precedenti, è stato recepito dal CEI in lingua inglese come Norma CEI EN IEC IEEE 65700:2018-09.

Attualmente è iniziata la procedura per avviare i lavori di revisione di questa norma dual logo, in modo da poter concludere la revisione entro il 2022, entro il termine di ‘stability date’ del presente documento.

Guida tecnica IEC TS 61463 Ed. 2:2016 – Bushings Seismic qualification

La novità principale dell’edizione 2 è l’introduzione di un nuovo Spettro di Risposta Sismica di Riferimento (RRS), lo stesso adottato nella norma sismica americana IEEE 693, che oggi è il riferimento a livello mondiale per le prove sismiche.

Lo spettro di risposta sismica rappresenta la risposta del terreno all’azione vibratoria del sisma, che ha un profilo ben definito nelle tipiche frequenze del terremoto. Queste frequenze vanno da qualche decimo di Hz fino a 30-35 Hz.

Questa modifica non è un’azione isolata ma è guidata da un’ottica di armonizzazione globale degli spettri sismici da utilizzare per la verifica di vari prodotti. Infatti, la linea adottata è stata seguita anche dal CT 17 (Grossa apparecchiatura) per la revisione della normativa relativa alle apparecchiature in gas.

Un altro argomento rilevante è l’introduzione in un’apposita tabella esplicativa di alcune frequenze naturali e smorzamenti tipici delle varie classi di passanti, sia in porcellana che in composito, che danno un’idea dei parametri in gioco propri dei passanti senza doverli misurare di volta in volta.

Nella nuova guida viene anche fatto un accenno al comportamento sismico dei passanti assemblati tramite sistemi elastici basati su molle precaricate, i quali si comportano in modo diverso rispetto a quelli basati su soluzioni in cui l’isolatore in porcellana è saldamente cementato alle flange.

Norme CENELEC relative agli isolatori senza condensatore

Le Norme europee EN, elencate nella seguente Tabella 1, sono in uso ormai da parecchi anni e riguardano gli isolatori passanti utilizzati sia nei trasformatori di distribuzione o di potenza che in altri apparecchi elettrici.

Si tratta prevalentemente di norme dimensionali che fanno riferimento, per quel che riguarda livelli di isolamento e prove, alle norme della serie IEC 60137 e IEC TS 60815 per gli aspetti relativi alla polluzione.

Tabella 1 – Norme CENELEC per isolatori passanti senza condensatore con Um fino a 52 kV

Alcuni di questi documenti (EN 50180, EN 50181, EN 50386) sono stati aggiornati nel corso degli ultimi anni, mentre la Norma EN 50336 è attualmente in fase di revisione per introdurre degli aggiornamenti dimensionali e alcune modifiche nelle definizioni e negli aspetti tecnici.
Per quanto riguarda invece le Norme EN 50387 e EN 50243, al momento non sono previsti lavori di revisione.
Recentemente un nuovo documento è stato approvato e pubblicato. Si tratta della nuova Norma EN 50673: Plug-in type bushings for 72.5 kV with 630 A and 1250 A for electrical equipment.
Tutte le norme riportate nella Tabella 1 sono state recepite dal CEI.

Quadro futuro dello sviluppo normativo internazionale

I principali progetti normativi e le attività che impegneranno in futuro il SC 36A saranno:

  • dare corso alla proposta di un New Work Item, da sviluppare in collaborazione con il TC 14 IEC (Trasformatori), riguardante lo standard dimensionale di unificazione degli isolatori per trasformatori con tensione nominale ≥ 52 kV, partendo dalla attuale Specifica Tecnica CENELEC CLC/ TS 50458;
  • proporre in ambito IEC la creazione di un Gruppo di lavoro che sviluppi una guida tecnica sull’uso degli isolatori passanti. Un documento simile esiste già in ambito IEEE (IEEE C57.19.100 Guide for application of bushings) ma purtroppo al momento non c’è la possibilità di poter produrre un documento comune;
  • sviluppare la proposta di New Work Item relativo ad una nuova norma CENELEC riguardante l’unificazione dimensionale dei connettori lato aria per passanti per trasformatori in olio con corrente nominale tra 250 A e 3150 A applicabile sia ai passanti conformi alla Norma EN 50386, con tensione nominale ≤ 1 kV e corrente nominale compresa tra 250 A e 5000 A, che a quelli conformi alla Norma EN 50180, con tensione nominale da 1 kV fino a 52 kV e corrente nominale tra 250 A e 3150 A;
  • collaborare con il CT 36 per la revisione completa della famiglia delle Technical Specifications IEC TS 60815, relativa agli aspetti legati al comportamento in ambiente polluto degli isolatori AC e DC per alta tensione;
  • collaborare con il TC 10 IEC (Fluidi isolanti) per la revisione dei documenti IEC TS 61464 e IEc 60599 relativi all’interpretazione delle analisi di gas disciolti (DGA) negli oli minerali.

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