Strumento gratuito · IEEE C62.22 / IEC 60099-5 · Coordinamento Isolamento · Multidisciplinare

Coordinamento dell Isolamento

Selezione scaricatori MOV secondo IEEE C62.22 e IEC 60099-4/5. Calcola margini di protezione fulmine/manovra (PM_L/PM_S), capacità TOV, carico energetico, correzione distanza di separazione e tabella di selezione. Universale HT/MT — contesto solare: scaricatori per trasformatori PCS, apparecchiature di sottostazione e sistema di raccolta.

Sistema e Apparecchiatura
Livelli di tenuta dell'apparecchiatura
BSL = Livello di isolamento alla manovra dell'apparecchiatura protetta.
IEEE C62.22 §5: PM_L ≥ 20% for self-restoring insulation (transformers, cable terminations), PM_S ≥ 15% for switching impulse withstand.
Parametri dello scaricatore
MCOV = Tensione massima di esercizio continua che lo scaricatore può sopportare senza degradarsi.
Distanza fisica tra lo scaricatore e l'apparecchiatura protetta (trasformatore, interruttore).
Livelli di protezione scaricatore (scheda tecnica)
LPL = Livello di protezione fulmine dalla scheda tecnica del costruttore (scarica a 10 kA o 20 kA).
SPL = Livello di protezione manovra dalla scheda tecnica (scarica a 500 A).
Sovratensione temporanea (TOV)
SOV attesa in kV rms — da uno studio TOV o manuale.
Durata dell'evento TOV in secondi. Determina il livello di sovratensione ammissibile tramite curva IEEE C62.22 TOV.
Tensione nominale dello scaricatore (Ur) dalla scheda tecnica del costruttore.
Carico energetico
Carico energetico in kJ/kV MCOV — dallo studio TOV. Tipico 5 kJ/kV per transitori di manovra.
Rilevamento automatico o sostituzione manuale della classe dello scaricatore.
Risultati coordinamento
Margine protezione fulmine PM_L
—
≥ 20% per isolamento autoripristinante
Margine protezione manovra PM_S
—
≥ 15% per impulso di manovra
LPL effettivo ai terminali apparecchiatura—
SPL effettivo ai terminali apparecchiatura—
PM_L corretto all'apparecchiatura—
PM_S corretto all'apparecchiatura—
Tempo di propagazione unidirezionale (τ)—
Capacità TOV
—
Carico energetico
—
Classe scaricatore consigliata—
Tabella selezione scaricatori
Classi MCOV standard. Le righe verdi superano tutte le verifiche.
MCOV (kV) Tensione nominale (kV) LPL (kVp) SPL (kVp) PM_L (%) PM_S (%) TOV Energia Cons.
IEEE C62.22 §5: PM_L ≥ 20%, PM_S ≥ 15%. TOV per IEEE C62.22 §6. Energia per IEC 60099-4.
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Worked Example — 11 kV cable-fed substation
PASS Adequate insulation coordination — all criteria PASS. PM_L=265.4% ≥ 20%, PM_S=476.9% ≥ 15%, TOV within capability, energy within class rating.
Margine protezione fulmine PM_L
265.38%
≥ 20% per isolamento autoripristinante
Margine protezione manovra PM_S
476.92%
≥ 15% per impulso di manovra
Capacità TOVPASS — 1.8× rated voltage
Carico energeticoPASS — 42 kJ
Classe scaricatore consigliataDistribution class (IEEE C62.22 Class A)
Methodology & Formula Reference

1. Lightning Protective Margin (PM_L)
PM_L = (BIL / LPL − 1) × 100% — IEEE C62.22 §5
Pass if PM_L ≥ 20% for self-restoring insulation.

PM_L = (BIL / LPL - 1) × 100
pm_l_pass = PM_L >= 20

2. Switching Protective Margin (PM_S)
PM_S = (BSL / SPL − 1) × 100% — IEEE C62.22 §5
Pass if PM_S ≥ 15% for switching impulse.

PM_S = (BSL / SPL - 1) × 100
pm_s_pass = PM_S >= 15

3. Separation Distance Voltage Correction
ΔV due to travel time: ΔV = 2 × τ × (rate of rise)
Effective level at equipment = datasheet level + ΔV

τ = d / v   (one-way travel time in µs)
ΔV_L = 2 × τ × (LPL / 1 µs)   (lightning, 1 µs front)
ΔV_S = 2 × τ × (SPL / 50 µs)  (switching, 50 µs front)
effectiveLPL = LPL + ΔV_L
effectiveSPL = SPL + ΔV_S

4. Corrected Protective Margins at Equipment
Margins using effective protective levels at equipment terminals.

correctedPM_L = (BIL / effectiveLPL - 1) × 100
correctedPM_S = (BSL / effectiveSPL - 1) × 100

5. TOV Capability Check
IEEE C62.22 §6 TOV-withstand curve: duration → allowable factor × rated voltage.
E.g. 1 s → 1.8×, 10 s → 1.3×, 60 s → 1.2×, 3600 s → 1.0×.

allowableTOV = factor(tovDurationS) × arresterRatedVoltageKV
tovCapabilityPass = tovExpectedKV <= allowableTOV

6. Energy Duty Check
Expected energy = energyDutyKJkV × MCOV (kJ)
Class thresholds: Distribution ≤ 1500 kJ, Intermediate ≤ 2500 kJ, Station ≤ 4000 kJ.

energyRequired_kJ = energyDutyKJkV × mcovKV
energyDutyPass = energyRequired_kJ <= classEnergyThreshold

7. Arrester Class Selection (IEEE C62.22)
Distribution (Class A): system ≤ 52 kV AND LPL ≤ 100 kVp
Intermediate (Class B): 52 kV < system ≤ 345 kV OR LPL > 100 kVp
Station (Class C): system > 345 kV OR LPL > 150 kVp

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FAQ

Qual è la differenza tra PM_L e il rapporto di protezione (BIL/APL)?
PM_L = (BIL/LPL − 1) × 100%. Il rapporto di protezione usa APL = max(MCOV, tensione di scarica). IEEE C62.22 §5: PM_L ≥ 20%, PM_S ≥ 15%.
Perché la distanza di separazione influisce sul livello di protezione?
Le onde viaggianti causano ΔV ≈ 2 × (d/v) × (tasso di salita). Anche 50 m di cavo producono una correzione significativa per i fulmini.
Come funziona la verifica della capacità TOV?
Curva TOV IEEE C62.22 §6: durata → fattore di sovratensione ammissibile × tensione nominale. Es: 1 s → 1.8×, 10 s → 1.3×.
Quando scegliere stazione/intermedio/distribuzione?
Distribuzione ≤ 52 kV, LPL ≤ 100 kVp, energia < 1500 kJ. Intermedio 52–345 kV o LPL > 100 kVp. Stazione > 345 kV o LPL > 150 kVp.
Contesto specifico per il solare?
Trasformatori PCS solari 33 kV: MCOV 24 kV o 30 kV, LPL ≈ 78 kVp. BESS/ibrido a 132/220 kV: classe Stazione al PCC.
Come si determina il carico energetico dallo studio TOV?
Energia (kJ/kV MCOV) dallo studio TOV — tipicamente 4–6 kJ/kV per 33 kV, 8–12 kJ/kV per EAT. Verificare rispetto ai limiti di classe.