HCTS – Simulatore di prove ad alta tensione su cavi HVDC (IEC 60060-1)

1Prova

Tipo di prova

Criterio di tolleranza per l’impulso atmosferico

Indica se T1, T2 e β′ rientrano nei limiti (✓) o ne sono fuori (✗). Non modifica la simulazione. Il criterio per cavi oltre 100 m è un criterio di laboratorio, non previsto dalle norme citate.

2Scarica

Simula una scarica (breakdown)

3Cavo in prova

Dati del cavo per unità di lunghezza, come riportati nella scheda tecnica.

Lunghezza

Capacità C′

µF/km

Induttanza L′ (conduttore–schermo)

mH/km

Resistenza del conduttore R′c (DC, da scheda tecnica)

Ω/km

Resistenza dello schermo R′s (DC)

Ω/km

La corrente impulsiva scorre nel conduttore e ritorna nello schermo: il modello usa la somma R′c + R′s, con l’effetto pelle alle alte frequenze.

C_tot 0 µFL_tot 0 µHR_tot 0 Ωv 0 m/µsZ₀ 0 Ωε_r,eff 0

4Generatore a impulsi (Marx)

Ogni stadio è formato da uno o più condensatori, in parallelo o in serie, caricati alla tensione di stadio. Gli stadi sono collegati in serie, eventualmente divisi in p rami in parallelo.

Polarità dell’impulso

Tensione di carica per stadio

Numero di stadi n

Rami in parallelo p

Gli n stadi possono essere divisi in p rami uguali collegati in parallelo, ciascuno con n/p stadi in serie: la tensione del generatore si riduce di p volte e la capacità aumenta di p volte. Con p = 1 (configurazione usuale) tutti gli stadi sono in serie.

Condensatori per stadio

Collegamento dei condensatori nello stadio

Capacità del singolo condensatore

µF

Induttanza interna del generatore L_Marx

µH

Resistenza di fronte totale R_f

Resistenza di coda totale R_t

Resistenza di carica per stadio R_c

Resistenza parallela risultante R_p = n_s·R_c/p: 0 kΩ

5Generatore HVDC

Sorgente di tensione continua per le prove di durata e per le prove sovrapposte.

Polarità

Tensione

Resistenza di protezione in uscita R_DC

MΩ

Resistenza in serie tra generatore HVDC e cavo: limita la corrente in caso di scarica e separa il generatore dai transitori. Con un divisore resistivo forma un partitore che riduce leggermente la tensione sul cavo.

Accoppiamento tra impulso e DC

Usato solo nelle prove sovrapposte: separa il generatore a impulsi dalla tensione continua, che altrimenti caricherebbe i condensatori del Marx.

Dispositivo di accoppiamento

Capacità di blocco C_b

6Sistema di misura

Divisore di misura

Inserire i dati di targa del ramo di alta tensione, per esempio 937,5 MΩ e 400 pF per un divisore misto.

Resistenza nominale del ramo AT R_1

MΩ

Capacità nominale del ramo AT C_1

Resistenza di smorzamento R_d

Capacità parassita verso terra C_e

Acquisizione

Banda passante (−3 dB)

MHz

Frequenza di taglio del filtro passa-basso del primo ordine che rappresenta la banda della catena di misura.

Risoluzione dell’ADC

bit

Fondo scala dell’ADC (0 = automatico)

In automatico: 1,1 volte la tensione massima attesa, raddoppiato se è simulata una scarica.

7Parametri parassiti del circuito

Capacità e induttanze dei collegamenti tra generatore e cavo.

Capacità parassita del circuito C_ext

Induttanza del collegamento AT L_ext

µH

8Impianto di terra

Resistenza di terra dell’impianto del laboratorio, misurata in DC, e relativa induttanza. Nel modello attuale sono percorse dalla corrente del generatore; la corrente di scarica, nel cavo o sul terminale, si richiude nello schermo del cavo e non le attraversa. U_gnd è l’innalzamento di potenziale che ne risulta.

Induttanza dell’impianto di terra L_g

µH

Resistenza dell’impianto di terra R_g (misurata in DC)

Risoluzione numerica:

Forma d’onda

Valore di picco U_e

–

Picco della curva base U_b

–

Efficienza η

–

Tempo di fronte T1

–

Tempo all’emivalore T2

–

Sovraelongazione relativa β′

–

Frequenza di oscillazione f₀

–

Tensione totale del Marx

–

Energia immagazzinata nel Marx

–

Corrente, scarica ed energia

Corrente massima

–

Pendenza massima di/dt

–

Tensione di terra U_gnd

–

Energia dissipata nella scarica

–

Che cos’è HCTS

HCTS è un simulatore gratuito, che funziona nel browser, delle prove ad alta tensione sui cavi HVDC eseguite in laboratorio. Modella il generatore a impulsi Marx, il cavo come linea di trasmissione con perdite, il divisore di misura e la catena di acquisizione, e valuta la forma d’onda registrata secondo IEC 60060-1:2025.

Prove: impulso atmosferico (LI 1,2/50 µs), impulso di manovra (SI 170/2500 µs) e prove sovrapposte HVDC + impulso (SLIT e SSIT).
Valutazione: valore di picco U_e, curva base e U_b, tempi T1 e T2, sovraelongazione β′ ed efficienza del generatore, con verifica delle tolleranze.
Scarica: guasto nel cavo o sul terminale con modello d’arco di Toepler, corrente di scarica, di/dt e tensione di terra.
Risultati: report PDF, dati CSV, grafici PNG e configurazioni JSON. Si installa come app e funziona anche offline; i calcoli restano sul dispositivo.

Pensato per gli ingegneri dei laboratori ad alta tensione, i costruttori di cavi e gli studenti: aiuta a dimensionare il circuito di prova su carichi capacitivi elevati come i cavi lunghi e a capire come il generatore e il sistema di misura influenzano i parametri valutati.

Domande frequenti

HCTS è gratuito? Serve registrarsi?

Sì. HCTS è gratuito e non richiede registrazione né installazione: funziona in qualsiasi browser moderno su computer, tablet e smartphone. Si può anche installare come app e usare offline.

Quali prove ad alta tensione simula?

Le prove a impulso sui cavi: impulso atmosferico (LI, forma normalizzata 1,2/50 µs) e impulso di manovra (SI, 170/2500 µs secondo IEC 60060-1:2025), con polarità positiva o negativa, e le prove sovrapposte in cui l’impulso si somma a una tensione continua (HVDC) già applicata al cavo: SLIT (impulso atmosferico sovrapposto) e SSIT (impulso di manovra sovrapposto), previste per i sistemi in cavo HVDC (ad esempio CIGRE TB 496 e IEC 62895).

Come vengono valutati T1, T2 e la sovraelongazione β′?

Secondo IEC 60060-1:2025: alla registrazione si adatta una doppia esponenziale (curva base), il residuo viene filtrato con la funzione di tensione di prova k(f) = 1/(1 + 2,2·f²) e sommato alla curva base per ottenere la curva della tensione di prova. Da questa si ricavano il valore di prova U_t, il tempo di fronte T1 = 1,67·(t90 − t30) e il tempo all’emivalore T2 dall’origine convenzionale O1; la sovraelongazione è β′ = (U_e − U_b)/U_e. Ogni grandezza viene confrontata con le tolleranze della norma.

Quale circuito viene simulato?

Un generatore di impulsi Marx a N stadi (condensatori di stadio in serie o in parallelo, resistenze di fronte e di coda, induttanza interna, eventuali rami in parallelo), le induttanze e capacità dei collegamenti, il cavo in prova come linea di trasmissione con perdite (resistenza di conduttore e schermo con effetto pelle), il divisore di misura (resistivo, capacitivo o capacitivo smorzato) e la catena di acquisizione con filtro passa-basso e ADC. Per le prove sovrapposte sono inclusi la sorgente DC e l’elemento di blocco (condensatore o spinterometro) che separa il generatore a impulsi dalla tensione continua.

A cosa serve HCTS in pratica?

A preparare e capire le prove in laboratorio: scegliere numero di stadi, condensatori e resistenze del generatore per ottenere la forma d’onda normalizzata su un carico capacitivo elevato come un cavo lungo, stimare l’efficienza del generatore (picco dell’impulso / tensione del Marx) e vedere l’effetto del sistema di misura sui parametri valutati. È utile anche per la formazione. I risultati sono una stima: non sostituiscono la prova né la verifica di un esperto.

I miei dati vengono inviati a un server?

No. Tutti i calcoli avvengono nel browser, sul dispositivo; parametri e configurazioni restano in locale finché non li esporti. Le statistiche di visita (Google Analytics) si attivano solo con il consenso esplicito.

Chi sviluppa HCTS?

HCTS è ideato da Marco Moraschi, ingegnere elettrico, e sviluppato da backohm (backohm.com). Segnalazioni e suggerimenti sono benvenuti a hello@backohm.com.