Quadri MTè una parte critica dell'infrastruttura elettrica di media tensione perché fornisce un punto controllato per la commutazione, la protezione, l'isolamento, il monitoraggio e la distribuzione. I sistemi moderni possono combinare interruttori automatici, sezionatori, sezionatori di terra, trasformatori di corrente, trasformatori di tensione, protezioni contro le sovratensioni, sbarre collettrici, relè di protezione e monitoraggio intelligente all'interno di un unico assieme coordinato. La configurazione corretta dipende dalla tensione nominale, dalla corrente, dalle condizioni di cortocircuito, dall'ambiente di installazione, dal metodo di manutenzione richiesto, dalla disposizione dell'alimentatore, dalla filosofia di protezione e dagli standard applicabili. Diverse tecnologie, tra cui sistemi estraibili rivestiti in metallo, unità principali ad anello, design con isolamento in gas, apparecchiature con isolamento solido e configurazioni senza gas, soddisfano diverse condizioni di progetto. Comprendere la relazione tra questi componenti è essenziale per specificare un sistema di distribuzione di media tensione sicuro e affidabile.
Sommario
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- 1. Che ruolo svolgono i quadri di media tensione?
- 2. Come è strutturato un quadro di media tensione?
- 3. Quali tipi principali vengono utilizzati nei moderni sistemi di distribuzione?
- 4. In che modo la tensione e la corrente nominali influiscono sulla selezione?
- 5. Perché gli interruttori automatici, i sezionatori e i sezionatori di terra sono importanti?
- 6. In che modo la protezione e il monitoraggio migliorano la sicurezza del sistema?
- 7. Qual è la differenza tra aria, gas e isolamento solido?
- 8. Quando è utile un design estraibile?
- 9. In che modo le condizioni ambientali dovrebbero influenzare la progettazione?
- 10. In che modo i quadri MT supportano diverse applicazioni?
- 11. Quali errori di selezione comuni dovrebbero essere evitati?
- 12. Come dovrebbero essere valutati i test e la conformità?
- 13. Cosa dovrebbe includere una specifica tecnica professionale?
- 14. Domande frequenti
Che ruolo svolgono i quadri di media tensione?
I sistemi di distribuzione a media tensione devono fare molto di più che spostare l’energia elettrica da un punto a un altro. Hanno inoltre bisogno di commutazione controllata, protezione dai guasti, isolamento, misurazione e un metodo definito per il funzionamento sicuro e la manutenzione delle apparecchiature sotto tensione.
Questo è lo scopo fondamentale dei quadri. In una rete di media tensione, l'apparecchiatura costituisce un'interfaccia controllata tra l'alimentazione elettrica in entrata, i trasformatori, gli alimentatori in uscita, i motori, i generatori, le fonti di energia rinnovabile e le apparecchiature di distribuzione a valle.
Il sistema fornisce una posizione fisica ed elettrica in cui i circuiti possono essere collegati, interrotti, separati, messi a terra e monitorati in base ai requisiti operativi dell'installazione.
L'importanza diventa chiara durante condizioni anomale. Un guasto su un alimentatore non dovrebbe necessariamente richiedere la disconnessione dell'intero sistema di distribuzione. I dispositivi di protezione possono identificare una condizione anomala e avviare l'operazione di commutazione appropriata. I dispositivi di isolamento possono quindi fornire una separazione visibile o controllata per la manutenzione, a seconda dell'architettura dell'apparecchiatura e della procedura operativa.
Consente agli operatori o ai sistemi automatizzati di collegare e scollegare i circuiti in base alle condizioni operative definite.
Funziona con relè di protezione e dispositivi di rilevamento per interrompere le correnti di guasto e limitare i danni alla rete più ampia.
Fornisce un metodo controllato per separare le apparecchiature dai circuiti sotto tensione durante le procedure di manutenzione.
Supporta funzioni di tensione, corrente, protezione, monitoraggio e controllo tramite trasformatori e sensori di misura appropriati.
Il sistema dovrebbe quindi essere visto come un insieme coordinato piuttosto che come un involucro metallico contenente pochi interruttori. Sbarre collettrici, interruttori, sezionatori, sezionatori di terra, trasformatori, relè, interblocchi, cavi, circuiti di controllo e dispositivi di protezione devono funzionare insieme.
Per questo motivo la scelta di un quadro richiede più informazioni rispetto alla sola tensione nominale. La corrente nominale, il livello di guasto, l'ambiente di installazione, la configurazione dell'alimentatore, la filosofia di manutenzione, l'ingombro dell'apparecchiatura, lo schema di protezione e i futuri requisiti operativi sono tutti fattori che influenzano la corretta progettazione.
Come è strutturato un quadro di media tensione?
Una linea di quadri di media tensione è generalmente suddivisa in sezioni funzionali. La disposizione esatta varia in base alla famiglia di prodotti, ma la logica elettrica rimane incentrata su percorsi di corrente controllati e separazione sicura tra i circuiti principali.
Vano sbarre
La sbarra fornisce un percorso elettrico comune per più circuiti collegati. La sua progettazione dipende dalla corrente nominale, dalle condizioni termiche, dalla disposizione dell'isolamento, dalla configurazione dell'involucro e dai requisiti di cortocircuito.
Nelle installazioni più grandi, la disposizione delle sbarre può consentire a diversi pannelli di alimentazione di collegarsi a una sorgente comune mantenendo compartimenti e zone di protezione definiti.
Scomparto interruttore
Un interruttore fornisce l'interruzione controllata del circuito. In un progetto estraibile, l'interruttore può generalmente occupare posizioni di servizio definite, consentendo agli operatori di spostare l'interruttore tra gli stati connesso, test e isolato in base al progetto dell'apparecchiatura.
Vano cavi
Il vano cavi offre spazio per cavi di media tensione in entrata e in uscita, sistemi di terminazione, trasformatori di corrente, protezioni da sovratensione e altri componenti correlati.
Durante la specifica è necessario considerare il raggio di curvatura del cavo, le dimensioni della terminazione, lo spazio di accesso e le disposizioni di messa a terra.
Vano strumenti e controlli
Relè di protezione, misuratori, dispositivi di indicazione, interfacce di comunicazione e circuiti di controllo sono comunemente disposti in un compartimento a bassa tensione separato dal circuito di alimentazione principale.
Questa separazione fisica supporta la manutenzione e riduce l'interazione non necessaria tra l'operatore e la parte ad alta energia dell'apparecchiatura.
Interblocchi
Gli interblocchi meccanici ed elettrici possono aiutare a prevenire sequenze operative errate. Ad esempio, un sezionatore di terra può essere interbloccato contro determinate posizioni di commutazione, oppure un interruttore estraibile può essere limitato dal movimento a meno che non siano soddisfatte condizioni definite.
| Sezione Funzionale | Ruolo primario | Tipica considerazione di progettazione |
|---|---|---|
| Sezione sbarre | Percorso corrente comune | Corrente nominale, prestazione termica, isolamento, tenuta ai guasti |
| Sezione interruttore | Commutazione e interruzione per guasto | Potere di interruzione, meccanismo di comando, accesso per manutenzione |
| Sezione del cavo | Collegamento e protezione dei cavi | Spazio di terminazione, TA, protezione da sovratensione, messa a terra |
| Sezione di controllo | Protezione, misurazione, controllo | Selezione relè, cablaggio, comunicazione, accessibilità |
| Sistema di interblocco | Sicurezza operativa | Sequenza corretta e prevenzione di operazioni non sicure |
La compartimentazione interna è importante anche per il contenimento e la manutenzione dei guasti. Un involucro adeguatamente progettato separa le aree funzionali in modo che le normali attività di ispezione o manutenzione possano essere eseguite senza un'esposizione non necessaria a sezioni sotto tensione adiacenti.
Prima di selezionare una formazione, i team di progetto dovrebbero rivedere lo schema unifilare insieme alla disposizione dei pannelli proposta. La logica elettrica e la costruzione fisica devono corrispondere l'una all'altra.
Quali tipi principali vengono utilizzati nei moderni sistemi di distribuzione?
Le apparecchiature a media tensione sono disponibili in diverse architetture. La scelta corretta dipende dai vincoli di spazio, dall'esposizione ambientale, dai requisiti di manutenzione, dalla tecnologia di isolamento, dalla configurazione della rete e dal metodo operativo richiesto.
Sistemi estraibili blindati
Le esecuzioni estraibili blindate utilizzano unità interruttori mobili o assiemi funzionali. Sono utili quando la manutenzione e l'isolamento delle apparecchiature devono essere coordinati con una posizione operativa meccanica definita.
Il concetto estraibile può creare una separazione pratica tra stati connessi e isolati. Ciò è particolarmente utile nelle strutture in cui le procedure di manutenzione delle apparecchiature richiedono una chiara relazione fisica tra le posizioni operative e di prova.
Anello unità principali
Le unità principali ad anello sono comunemente utilizzate nelle reti di distribuzione compatte di media tensione. La loro disposizione può supportare schemi di distribuzione ad anello e connessioni di trasformatori compatti dove lo spazio è limitato.
Sistemi isolati in gas
I quadri isolati in gas posizionano i componenti sotto tensione selezionati all'interno di un ambiente dielettrico chiuso. Ciò può ridurre l'ingombro fisico e può essere utile quando lo spazio di installazione è limitato.
La tecnologia del gas e il profilo ambientale dovrebbero essere considerati attentamente. Laddove si utilizzino gas fluorurati, è necessario comprendere i requisiti di gestione del gas dell'apparecchiatura. Sono disponibili anche approcci dielettrici alternativi per alcuni progetti moderni.
Sistemi a isolamento solido
I sistemi con isolamento solido utilizzano materiali dielettrici solidi attorno a componenti energizzati selezionati. La struttura chiusa può essere utile in ambienti in cui polvere, umidità o contaminazione creano ulteriori problemi di isolamento.
Configurazioni ambientali senza gas
Alcuni sistemi moderni utilizzano approcci dielettrici alternativi progettati per ridurre o eliminare la dipendenza dal tradizionale isolamento SF6. A seconda della progettazione del prodotto, le tecnologie possono includere aria secca o miscele di gas alternative.
| Tipo di sistema | Forza tipica | Punto di selezione importante |
|---|---|---|
| Estraibile rivestito in metallo | Posizioni di manutenzione e commutazione definite | Ingombro, meccanismo di comando, procedura di manutenzione |
| Suona l'unità principale | Disposizione di distribuzione compatta | Topologia di rete e requisiti di commutazione |
| Isolamento in gas | Ingombro di installazione compatto | Mezzo dielettrico, gestione del gas, requisiti ambientali |
| Isolamento solido | Struttura isolante chiusa | Comportamento termico e idoneità ambientale |
| Gas alternativo o senza gas | Riduzione della dipendenza dalla tradizionale tecnologia SF6 | Prestazioni dielettriche e requisiti specifici del progetto |
Nessuna architettura è automaticamente superiore in ogni struttura. Il sistema dovrebbe essere selezionato in base alla rete elettrica effettiva, all'ambiente di installazione, alla strategia di manutenzione e ai requisiti applicabili.
In che modo la tensione e la corrente nominali influiscono sulla selezione?
La tensione nominale e la corrente nominale sono due dei primi parametri che gli ingegneri esaminano quando selezionano le apparecchiature a media tensione. Definiscono l'ambito operativo elettrico in cui l'apparecchiatura è progettata per funzionare.
Tensione nominale
L'apparecchiatura selezionata deve corrispondere alla tensione di rete e ai relativi requisiti di isolamento. Un progetto che funziona a una tensione nominale non può semplicemente presumere che le apparecchiature progettate attorno a un'altra tensione siano intercambiabili.
Il sistema di isolamento deve inoltre resistere alle sovratensioni previste e alle condizioni di frequenza industriale e di impulso definite associate ai requisiti di progettazione applicabili.
Corrente nominale
La corrente nominale descrive la corrente continua che l'apparecchiatura può trasportare in condizioni specificate. Il comportamento termico è fondamentale perché conduttori, sbarre collettrici, contatti, terminali dei cavi e spazi dell'involucro generano e dissipano calore.
La corrente nominale deve pertanto essere valutata insieme alla temperatura ambiente, alla struttura dell'involucro, alla ventilazione, all'altitudine di installazione ove applicabile e alle condizioni di carico previste.
Tenuta al cortocircuito
Negli impianti a media tensione possono verificarsi correnti di guasto molto elevate. Il quadro deve avere una capacità di tenuta di breve durata e, ove rilevante, di tenuta ai picchi adeguata alle condizioni della rete.
Il livello di errore non è semplicemente una specifica del prodotto. È una caratteristica della rete elettrica e della sua impedenza della sorgente. Il quadro deve essere coordinato con lo studio vero e proprio del cortocircuito dell'impianto.
Categorie di valutazione comuni
| Valutazione | Cosa descrive | Perché è importante |
|---|---|---|
| Tensione nominale | Categoria di tensione di rete normale | Determina i requisiti di isolamento e commutazione |
| Corrente nominale | Capacità di corrente continua | Si riferisce alle prestazioni termiche e al dimensionamento dei conduttori |
| Corrente di breve durata | Resistenza alla corrente di guasto per una durata specificata | Supporta il contenimento sicuro dei guasti di rete |
| Corrente di picco sopportata | Capacità di resistere alla forza elettrodinamica di picco di un guasto | Rilevante per la progettazione strutturale e dei conduttori |
| Livello di isolamento | Capacità di resistere a sollecitazioni di tensione definite | Supporta il coordinamento dell'isolamento |
Perché i valori di targa non sono sufficienti
Due sistemi possono avere valori nominali di tensione e corrente simili pur essendo progettati per ambienti operativi molto diversi. Uno può essere destinato a una sottostazione interna pulita, mentre un altro è progettato per un impianto industriale umido.
Pertanto, le informazioni sulla classificazione dovrebbero essere considerate insieme al tipo di custodia, alle condizioni ambientali, all'altitudine, alla disposizione di installazione, alla configurazione del cavo e ai requisiti di protezione.
Perché gli interruttori automatici, i sezionatori e i sezionatori di terra sono importanti?
Diversi dispositivi di commutazione svolgono funzioni diverse. Trattare tutti i componenti di commutazione come intercambiabili può portare a una progettazione errata del sistema.
Interruttori automatici
Un interruttore automatico è progettato per interrompere la corrente in condizioni normali e di guasto specificate. Nelle applicazioni di media tensione, gli interruttori automatici in vuoto sono ampiamente utilizzati perché il processo di interruzione avviene all'interno di un'ampolla in vuoto.
L'interruttore è normalmente coordinato con un relè di protezione o un sistema di controllo in modo che si apra quando la rete elettrica incontra una condizione al di fuori dell'involucro di protezione definito.
Sezionatori
Un sezionatore viene utilizzato per fornire isolamento anziché per interrompere correnti di guasto arbitrarie. La sua funzione è legata a creare una separazione definita tra le sezioni elettriche nelle condizioni operative per le quali è progettato.
Questa distinzione è importante perché l’isolamento e l’interruzione sono compiti diversi.
Sezionatori di terra
Un sezionatore di terra collega una sezione di circuito definita a terra nelle condizioni operative specificate. Può supportare procedure di manutenzione sicure fornendo un percorso di messa a terra intenzionale dopo che è stata completata la sequenza di isolamento appropriata.
Interruttori-sezionatori
Gli interruttori-sezionatori sono progettati per interrompere correnti di carico specificate. Sono spesso utilizzati nelle apparecchiature di distribuzione dove l'interruzione completa della corrente di guasto non è il ruolo assegnato all'interruttore stesso.
| Dispositivo | Funzione primaria | Ruolo tipico nel sistema |
|---|---|---|
| Interruttore automatico | Interruzione attuale | Commutazione normale e cancellazione dei guasti |
| Sezionatore | Isolamento | Crea la separazione elettrica per condizioni operative e di manutenzione definite |
| Sezionatore di terra | Messa a terra | Supporta procedure di lavoro sicure dopo l'isolamento |
| Interruttore di interruzione del carico | Commutazione della corrente di carico | Commutazione della distribuzione dove specificato |
Interblocco tra dispositivi
La relazione tra questi dispositivi è fondamentale. Gli interblocchi meccanici ed elettrici possono impedire a un operatore di accedere a una sequenza non sicura.
Ad esempio, il progetto può impedire la chiusura del sezionatore di terra mentre il circuito associato rimane sotto tensione. La sequenza esatta dipende dall'architettura dell'apparecchiatura.
Questo è il motivo per cui una serie di quadri dovrebbe essere considerata come una sequenza di stati elettrici piuttosto che come un insieme di dispositivi indipendenti.
In che modo la protezione e il monitoraggio migliorano la sicurezza del sistema?
I sistemi di protezione forniscono la logica che determina il modo in cui il quadro risponde a condizioni elettriche anomale. Le installazioni moderne possono combinare relè di protezione, trasformatori di corrente, trasformatori di tensione, sensori, dispositivi di monitoraggio intelligenti e sistemi di comunicazione.
Trasformatori di corrente
I trasformatori di corrente forniscono informazioni sulla corrente in scala a relè di protezione, contatori e apparecchiature di monitoraggio. Il loro rapporto, la classe di precisione, il carico e le caratteristiche di saturazione devono essere coordinati con il progetto della protezione.
Trasformatori di tensione
I trasformatori di tensione forniscono segnali di misurazione per protezione, misurazione, sincronizzazione e altre funzioni di controllo. Il loro isolamento e la disposizione dei collegamenti devono corrispondere alla tensione e all'applicazione del sistema.
Relè di protezione
I relè di protezione valutano le misurazioni e determinano se esiste un guasto definito o una condizione anomala. A seconda del sistema, le funzioni di protezione possono includere sovracorrente, guasto a terra, sottotensione, sovratensione, elementi direzionali, protezione del motore, protezione del trasformatore o altre funzioni specifiche dell'applicazione.
Monitoraggio scariche parziali
La scarica parziale è una scarica elettrica localizzata che può indicare un deterioramento dell'isolamento in determinate condizioni. I sistemi di monitoraggio possono aiutare a identificare lo sviluppo di problemi di isolamento prima che diventino più gravi, a seconda della tecnologia dei sensori, dell'installazione e del metodo diagnostico.
Monitoraggio termico
Il comportamento termico è un'altra parte importante del monitoraggio delle condizioni. Una temperatura eccessiva può indicare sovraccarico, collegamenti inadeguati, ventilazione inadeguata o un'altra condizione anomala.
Analizza le misurazioni elettriche e avvia l'azione protettiva appropriata quando si verificano le condizioni definite.
Fornisce un segnale di misurazione elettrica per funzioni di protezione e misurazione.
Fornisce informazioni sulla tensione in scala per protezione, misurazione e controllo.
Può fornire informazioni su scarica parziale, temperatura, stato di commutazione o altre condizioni dell'apparecchiatura.
L’obiettivo non è aggiungere quanti più sensori possibile. Il monitoraggio dovrebbe essere progettato in base alle modalità di guasto significative e alle decisioni che gli operatori devono prendere.
Qual è la differenza tra aria, gas e isolamento solido?
L'isolamento è uno degli elementi di progettazione più importanti nelle apparecchiature di media tensione perché i conduttori sotto tensione devono rimanere elettricamente separati in condizioni operative normali e sollecitazioni transitorie definite.
Sistemi isolati in aria
I quadri isolati in aria utilizzano l'aria come mezzo dielettrico primario attorno ai componenti sotto tensione selezionati. La disposizione richiede generalmente distanze in aria e superficiali definite in base ai requisiti di tensione e isolamento.
La costruzione con isolamento in aria è ampiamente utilizzata laddove lo spazio di installazione disponibile e le condizioni ambientali consentono le distanze richieste.
Sistemi isolati in gas
I sistemi isolati in gas utilizzano un gas dielettrico all'interno di un compartimento chiuso. Poiché il gas può fornire un'elevata capacità di isolamento in un volume compatto, l'ingombro dell'apparecchiatura fisica può essere ridotto.
Tuttavia, il mezzo dielettrico introduce considerazioni aggiuntive relative alla tenuta, alla gestione del gas, al monitoraggio, all'impatto ambientale e alle procedure di servizio.
Isolamento solido
I progetti con isolamento solido utilizzano materiali polimerici o altri materiali dielettrici solidi attorno ai componenti energizzati. L'architettura incapsulata può fornire una forte separazione ambientale e può essere utile in luoghi con problemi di polvere, umidità o contaminazione.
Tecnologie dielettriche alternative
Le moderne apparecchiature a media tensione includono sempre più progetti volti a ridurre la dipendenza dai gas isolanti ad alto potenziale di riscaldamento globale. Alcuni sistemi utilizzano aria secca o miscele di gas alternative, a seconda della classe di tensione e dell'architettura di progettazione.
| Approccio all'isolamento | Caratteristica principale | Considerazione importante |
|---|---|---|
| Isolamento dell'aria | Utilizza l'aria attorno alle sezioni energizzate | Richiede autorizzazioni adeguate e controllo ambientale |
| Isolamento del gas | Mezzo dielettrico chiuso | Design compatto, tenuta, gestione del gas, profilo ambientale |
| Isolamento solido | Costruzione dielettrica incapsulata | Tutela dell'ambiente, comportamento termico, qualità dell'incapsulamento |
| Dielettrico alternativo | Riduzione della dipendenza dalla tradizionale tecnologia SF6 | Proprietà dielettriche, progettazione delle apparecchiature, idoneità all'applicazione |
La giusta strategia di isolamento è determinata dal livello di tensione, dall'architettura dell'involucro, dalle condizioni ambientali, dai vincoli di spazio, dalla filosofia di manutenzione e dai requisiti del progetto.
L'isolamento dovrebbe essere valutato anche rispetto all'ambiente di servizio previsto. Polvere, umidità, condensa, inquinamento, altitudine, temperatura e contaminazione superficiale possono influenzare le prestazioni di isolamento.
Quando è utile un design estraibile?
I quadri estraibili sono particolarmente utili quando la filosofia operativa richiede una relazione definita tra collegamento elettrico, collaudo, isolamento e manutenzione.
Posizione connessa
Nella posizione inserito, l'interruttore o l'unità funzionale è elettricamente impegnata con il circuito principale. L'apparecchiatura può svolgere il suo normale ruolo di commutazione e protezione.
Posizione di prova
Una posizione di prova può separare il circuito primario mantenendo le connessioni di controllo secondarie selezionate, a seconda del progetto. Ciò consente di verificare le funzioni di protezione e controllo in condizioni controllate.
Posizione disconnessa o isolata
In posizione isolata, l'interruttore è separato dal circuito principale, consentendo alle attività di manutenzione di procedere secondo le procedure applicabili.
Perché la guida meccanica è importante
Lo spostamento di apparecchi a media tensione implica considerazioni sia elettriche che meccaniche. Il meccanismo dovrebbe guidare l'unità in modo prevedibile e mantenere le distanze richieste e le posizioni di contatto.
Gli interblocchi meccanici possono ridurre ulteriormente la possibilità di movimenti non sicuri. L'esatta disposizione degli interblocchi dipende dalla progettazione del prodotto.
Fornisce uno stato fisico definito per le attività di servizio sull'unità funzionale.
Consente di verificare le funzioni di controllo e protezione selezionate senza mantenere il collegamento al circuito primario.
Le posizioni definite facilitano l'identificazione dello stato dell'apparecchiatura durante le procedure di commutazione.
Le architetture dei pannelli standardizzati possono semplificare la sostituzione o la gestione delle unità funzionali all'interno della progettazione del sistema approvato.
La costruzione estraibile non è automaticamente necessaria per ogni installazione di media tensione. I progetti fissi possono essere appropriati laddove la strategia di manutenzione, l'architettura del sistema, i vincoli di spazio e le procedure operative li rendono più adatti.
In che modo le condizioni ambientali dovrebbero influenzare la progettazione?
Le apparecchiature a media tensione non funzionano nel vuoto. Temperatura, umidità, polvere, inquinamento, altitudine, atmosfere corrosive e condizioni meccaniche possono influenzare l'isolamento elettrico, le prestazioni termiche, la protezione dell'involucro e l'affidabilità meccanica.
Umidità e condensa
L'umidità può intaccare le superfici isolanti, i componenti metallici, l'elettronica di controllo e le terminazioni dei cavi. Le installazioni con notevoli variazioni di temperatura potrebbero richiedere misure anticondensa e sistemazioni di custodia adeguate.
Polvere e contaminazione
Gli ambienti industriali possono contenere polvere conduttiva o corrosiva. Le apparecchiature isolate in aria possono richiedere maggiore attenzione al controllo ambientale e alla pulizia, mentre le tecnologie di isolamento chiuso possono ridurre l’esposizione diretta alla contaminazione.
Altitudine
Le prestazioni di isolamento dell'aria cambiano con la pressione atmosferica. Ad altitudini più elevate, il margine dielettrico disponibile può essere diverso dalle condizioni al livello del mare. La scelta dell'attrezzatura dovrebbe quindi tenere conto dell'effettiva altitudine di installazione, ove applicabile.
Temperatura
La corrente elettrica produce calore all'interno dei conduttori e dei contatti. La temperatura ambiente influisce sulla capacità dell'involucro di dissipare il calore. Condizioni ambientali elevate possono richiedere un declassamento o misure di progettazione termica specifiche.
Ambienti corrosivi
Le aree costiere, gli impianti chimici, gli impianti di trattamento delle acque reflue e i siti industriali possono esporre le apparecchiature a sostanze corrosive. La selezione dei materiali, il trattamento della superficie, la progettazione dell'involucro e la ventilazione dovrebbero riflettere tale esposizione.
| Condizione ambientale | Effetto potenziale | Risposta progettuale |
|---|---|---|
| Alta umidità | Rischio di condensa e degrado dell'isolamento | Misure anticondensa e progettazione adeguata dell'involucro |
| Polvere | Tracciamento della contaminazione e della superficie isolante | Strategia di recinzione ambientale e pianificazione della manutenzione |
| Alta quota | Ridotta capacità di isolamento dell'aria | Correzione dell'altitudine o scelta dell'attrezzatura adeguata |
| Temperatura ambiente elevata | Aumento dello stress termico | Valutazione termica e declassamento appropriato ove richiesto |
| Atmosfera corrosiva | Degrado delle superfici e dei metalli | Selezione dei materiali, rivestimenti, protezione dell'involucro |
Le condizioni ambientali dovrebbero essere identificate nelle prime fasi del processo di progettazione. L'adeguamento della protezione ambientale dopo l'installazione delle apparecchiature è molto più difficile che selezionare fin dall'inizio la strategia di involucro e isolamento adeguata.
In che modo i quadri MT supportano diverse applicazioni?
I quadri di media tensione vengono utilizzati in un'ampia gamma di reti elettriche. Ciascuna applicazione enfatizza diverse combinazioni di protezione, commutazione, isolamento, compattezza, manutenibilità e protezione ambientale.
I collegamenti di generatori, ausiliari, trasformatori e alimentatori richiedono una commutazione e una protezione coordinate tra le risorse di generazione e la rete elettrica più ampia.
L'industria mineraria, metallurgica, manifatturiera, chimica e altri impianti industriali possono richiedere una solida protezione dell'alimentatore e la commutazione di motori o trasformatori.
Le installazioni solari ed eoliche utilizzano reti di raccolta e distribuzione di media tensione che richiedono la commutazione dell'alimentatore, la protezione, l'isolamento e le interfacce del trasformatore.
I sistemi di distribuzione compatti spesso richiedono disposizioni ad anello e apparecchiature che possano adattarsi a sottostazioni o locali tecnici con limitazioni.
Le infrastrutture critiche richiedono una distribuzione e una protezione attentamente coordinate perché la continuità elettrica è strettamente connessa all’affidabilità operativa.
Architetture elettriche complesse possono richiedere un'alimentazione in ingresso di media tensione coordinata, connessioni di trasformatori, interfacce di generazione di backup e protezione selettiva.
Applicazioni industriali
Gli impianti industriali possono contenere motori di grandi dimensioni, trasformatori, apparecchiature di processo e più alimentatori a media tensione. Il coordinamento della protezione diventa particolarmente importante perché un guasto dovrebbe essere isolato senza disconnettere inutilmente aree di produzione non correlate.
Applicazioni delle energie rinnovabili
Gli impianti eolici e solari possono utilizzare reti di raccolta di media tensione che collegano più unità di generazione a trasformatori e infrastrutture elettriche di livello superiore.
La disposizione del quadro potrebbe quindi dover gestire diverse alimentazioni supportando al tempo stesso protezione, isolamento, misurazione e comunicazione.
Sottostazioni urbane
I progetti urbani si trovano spesso ad affrontare gravi limitazioni di spazio. Le unità principali ad anello compatte, le configurazioni con isolamento in gas e altre tecnologie efficienti in termini di spazio possono aiutare a ospitare apparecchiature elettriche all'interno di stanze limitate o strutture sotterranee.
Infrastrutture critiche
Ospedali, aeroporti, data center, impianti idrici e infrastrutture di trasporto richiedono protezione e commutazione attentamente coordinati perché un evento elettrico può avere conseguenze che vanno oltre il sistema elettrico stesso.
L'applicazione quindi influenza non solo il tipo di prodotto ma anche la filosofia di protezione richiesta, la strategia di monitoraggio, la procedura di manutenzione e la ridondanza del sistema.
Quali errori di selezione comuni dovrebbero essere evitati?
Molti problemi relativi ai quadri nascono nella fase di specifica. L'apparecchiatura potrebbe soddisfare i requisiti di tensione nominale e tuttavia non essere idonea perché il livello di guasto, le condizioni ambientali, la disposizione dei cavi, lo schema di protezione o il metodo operativo non sono stati pienamente considerati.
- Scelta solo in base alla tensione:La tensione nominale è necessaria ma non definisce l'applicazione completa.
- Ignorare i dati di cortocircuito:La resistenza alla corrente di guasto deve corrispondere alla rete effettiva.
- Sottovalutare lo spazio del cavo:Le terminazioni dei cavi possono richiedere notevoli piegature e spazio di accesso.
- Ignorare l'ambiente:Umidità, polvere, altitudine, corrosione e temperatura possono influenzare la scelta dell'attrezzatura.
- Confondere isolamento e interruzione:I sezionatori e gli interruttori automatici svolgono funzioni diverse.
- Interblocchi trascurati:Le sequenze operative dovrebbero essere riviste come parte della progettazione completa della sicurezza.
- Lasciare il coordinamento della protezione fino a tardi:Le funzioni dei relè e le caratteristiche dei TA possono influenzare la progettazione completa del pannello.
- Ignorare l'accesso per la manutenzione:Le apparecchiature difficili da ispezionare o da manutenere possono creare successivamente problemi operativi.
Il problema della sola compattezza
Le apparecchiature più piccole possono essere interessanti in progetti con spazio limitato, ma la compattezza non deve essere valutata senza considerare l'accesso per la manutenzione, la terminazione dei cavi, la dissipazione del calore e i futuri requisiti di servizio.
Il problema unico per tutti
Un sistema di distribuzione all'interno di una sottostazione di servizio pulito può avere requisiti molto diversi rispetto alle apparecchiature installate in un impianto industriale umido o in una struttura urbana sotterranea.
Il problema della protezione incompleta
Scegliere prima la custodia del quadro e tentare di aggiungere funzioni di protezione in un secondo momento può creare inutili conflitti di progettazione. I relè di protezione, i trasformatori di corrente, i trasformatori di tensione, l'alimentazione di controllo, le interfacce di comunicazione e i meccanismi di funzionamento degli interruttori dovrebbero essere considerati insieme.
Come dovrebbero essere valutati i test e la conformità?
Le apparecchiature a media tensione funzionano a livelli di energia elettrica che richiedono progettazione, produzione, ispezione e test disciplinati. I team di progetto dovrebbero quindi esaminare non solo la descrizione del prodotto ma anche gli standard e le basi di test associati alla configurazione.
La norma IEC 62271 è un'importante famiglia di norme che copre le apparecchiature di manovra e controllo ad alta tensione. Parti specifiche riguardano diverse categorie di apparecchiature e requisiti di prova.
Test di routine
Vengono eseguiti test di routine sulle apparecchiature prodotte per verificare che ciascuna unità completata sia conforme ai relativi requisiti di progettazione.
A seconda della categoria dell'apparecchiatura, i test possono riguardare l'isolamento, il cablaggio, il funzionamento meccanico, le funzioni di controllo e altre caratteristiche.
Test di tipo
Le prove di tipo dimostrano le prestazioni di un progetto in condizioni specificate. Possono affrontare l'aumento della temperatura, le prestazioni dielettriche, il comportamento al cortocircuito, le caratteristiche dell'arco interno, la resistenza meccanica e altri requisiti rilevanti.
Valutazione dell'arco interno
Per alcuni progetti di quadri, la prova dell'arco interno valuta il comportamento dell'involucro quando si verifica un guasto interno in condizioni definite. Il test ha lo scopo di valutare il comportamento di contenimento e di scarico della pressione dell'apparecchiatura secondo lo standard e la configurazione pertinenti.
Test meccanici e di interblocco
I meccanismi di commutazione e gli interblocchi devono funzionare in modo coerente. I test dovrebbero verificare che l'apparecchiatura raggiunga le posizioni previste e prevenga sequenze non sicure definite.
Documentazione
I certificati e i documenti di prova devono corrispondere alla famiglia di prodotti e alla configurazione effettivi forniti. Gli acquirenti dovrebbero verificare l'ambito dei documenti invece di dare per scontato che un certificato per una configurazione si applichi automaticamente a un'altra.
| Area di valutazione | Scopo | Prove tipiche |
|---|---|---|
| Prove di routine | Verificare ogni unità prodotta | Registri dei test di routine |
| Test di tipo | Convalidare le prestazioni del progetto | Rapporti e certificati di prova di tipo |
| Arco interno | Valutare il comportamento del contenitore in caso di guasto interno | Documentazione di prova applicabile |
| Funzionamento meccanico | Verificare la commutazione e le prestazioni del meccanismo | Registri di ispezione e test |
| Test di interblocco | Verificare le sequenze operative sicure | Registri dei test funzionali |
I test devono essere interpretati nel contesto della configurazione effettiva, della classe di tensione, della corrente nominale, della disposizione dell'involucro, del tipo di interruttore, della tecnologia di isolamento e degli accessori installati.
Cosa dovrebbe includere una specifica tecnica professionale?
Una specifica professionale dovrebbe tradurre i requisiti del sistema elettrico in una configurazione completa del quadro. Dovrebbe fornire informazioni sufficienti affinché i team di progettazione, produzione, ispezione, installazione, messa in servizio e manutenzione possano lavorare sulla stessa base tecnica.
| Area delle specifiche | Informazioni da definire | Perché è importante |
|---|---|---|
| Tensione di rete | Requisiti di tensione nominale e nominale | Definisce la classe di isolamento e di commutazione |
| Attuale | Corrente nominale e condizioni di carico | Definisce i requisiti termici e conduttori |
| Livello di guasto | Requisiti di tenuta al cortocircuito e di interruzione | Garantisce la capacità strutturale ed elettrica |
| Commutazione dei dispositivi | Interruttore, sezionatore, LBS, sezionatore di terra | Definisce le funzioni operative |
| Isolamento | Approccio ad aria, gas, solido o dielettrico alternativo | Adatta l'attrezzatura allo spazio e all'ambiente |
| Protezione | Funzioni relè, TA, TV, monitoraggio | Definisce il rilevamento dei guasti e il controllo del sistema |
| Allegato | Compartimentalizzazione e tutela dell'ambiente | Supporta i requisiti di sicurezza e di servizio |
| Cavi in entrata e in uscita | Dimensioni del cavo, terminazione, ingresso, requisiti di piegatura | Previene i conflitti di installazione |
| Test | Norme applicabili e requisiti di prova | Fornisce la base per l'accettazione e la verifica |
Inizia con lo schema unifilare
Lo schema unifilare definisce il modo in cui la potenza fluisce attraverso il sistema. Dovrebbe identificare le partenze in entrata, le partenze in partenza, i trasformatori, le sezioni del bus, i generatori, i motori, le zone di protezione e i dispositivi di commutazione.
La disposizione fisica del pannello dovrebbe quindi essere sviluppata da questa architettura elettrica.
Definire le funzioni pannello per pannello
Ogni pannello dovrebbe avere una funzione chiara. Una formazione tipica può contenere pannelli di ingresso, pannelli accoppiatori bus, alimentatori di trasformatori, alimentatori di motori, pannelli di distribuzione in uscita, pannelli di misurazione o sezioni di alimentazione specializzate.
Definire il potere di controllo
Il funzionamento dell'interruttore, i relè, le indicazioni, le comunicazioni e gli interblocchi spesso richiedono l'alimentazione di controllo ausiliaria. La specifica dovrebbe identificare l'architettura della tensione di controllo richiesta e la disposizione di backup, ove necessario.
Definire la terminazione del cavo
Le dimensioni dei cavi e il tipo di terminazione influenzano le dimensioni richieste della cella cavi. La specifica dovrebbe riguardare la direzione di ingresso, l'altezza della terminazione, il raggio di curvatura, la messa a terra e l'accesso.
Definire i requisiti di comunicazione
Le installazioni moderne possono collegare i quadri ai sistemi di controllo di supervisione o di gestione dell'energia. Ove richiesto, è necessario definire i protocolli di comunicazione, lo stato remoto, le limitazioni del controllo remoto, la registrazione degli eventi e i punti di allarme.
Definire i requisiti di manutenzione
La specifica dovrebbe spiegare quali componenti richiedono l'accesso anteriore o posteriore, come le unità funzionali sono isolate, come si accede ai cavi e quali spazi di servizio sono richiesti.
- Stabilire la rete:Confermare la tensione, la corrente, le caratteristiche della sorgente, la disposizione dell'alimentatore e il livello di guasto.
- Definire la protezione:Stabilire le funzioni relè richieste, i TA, i VT e la filosofia di coordinamento selettivo.
- Scegli l'architettura:Confronta i design estraibili, fissi, RMU, GIS, con isolamento solido o altri design idonei.
- Definire le funzioni di commutazione:Specificare gli interruttori, i sezionatori, i sezionatori di carico e i sezionatori di terra.
- Ambiente di revisione:Valutare temperatura, umidità, polvere, altitudine, inquinamento e corrosione.
- Esaminare l'installazione fisica:Confermare l'ingombro, il percorso dei cavi, le distanze di servizio, l'accesso e le limitazioni di trasporto.
- Definire il test:Identificare i test di routine, i requisiti delle prove di tipo, i criteri di accettazione e la documentazione.
- Finalizzare la documentazione:Allinea disegni, specifiche, impostazioni di protezione, schemi elettrici e informazioni di installazione.
Una specifica completa riduce l'ambiguità tra i team di ingegneria, approvvigionamento, produzione, messa in servizio e manutenzione. Fornisce inoltre una base chiara per confrontare diverse soluzioni tecniche.
Cosa bisogna controllare prima dell'approvazione?
Confermare tensione, corrente, livello di guasto, coordinamento dell'isolamento, funzioni di protezione e logica unifilare.
Confermare le dimensioni del pannello, la disposizione dei compartimenti, il movimento dell'interruttore, gli interblocchi e i requisiti di accesso.
Confermare l'ingresso dei cavi, lo spazio a pavimento, gli spazi di servizio, il sollevamento, il posizionamento e l'accesso al sito.
Verificare che disegni, certificati, verbali di collaudo, schemi elettrici e manuali corrispondano alla configurazione fornita.
Domande frequenti
Qual è la funzione primaria dei quadri di media tensione?
Le sue funzioni primarie sono la commutazione, la protezione, l'isolamento e il controllo dei circuiti elettrici di media tensione. A seconda della configurazione, può anche fornire funzionalità di misurazione, messa a terra, protezione da sovratensione, comunicazione e monitoraggio delle condizioni.
Quale intervallo di tensione è comunemente associato ai quadri di media tensione?
La definizione esatta di media tensione dipende dallo standard e dal mercato applicabili. I sistemi di prodotto possono essere progettati per classi di tensione nominale specifiche come 12 kV, 24 kV o 35 kV, tra gli altri. L'apparecchiatura selezionata deve corrispondere alla tensione di rete effettiva e ai requisiti di isolamento.
Qual è la differenza tra un interruttore automatico e un sezionatore?
Un interruttore automatico è progettato per interrompere la corrente in condizioni normali e di guasto specificate. Un sezionatore è principalmente destinato a fornire isolamento nelle condizioni operative specificate. I due dispositivi svolgono funzioni diverse e spesso sono coordinati all'interno dello stesso quadro.
A cosa serve un sezionatore di terra?
Un sezionatore di terra collega a terra una sezione elettrica definita in condizioni specificate. Supporta le procedure di manutenzione e sicurezza dopo che è stato completato il processo di isolamento appropriato.
Perché gli interruttori automatici in vuoto sono comuni nei sistemi di media tensione?
Gli interruttori automatici in vuoto utilizzano ampolle in vuoto per l'interruzione della corrente. Possono fornire gruppi di commutazione compatti e sono ampiamente utilizzati nelle applicazioni di media tensione perché la tecnologia di interruzione ben si adatta ai requisiti operativi di molti sistemi di distribuzione.
Cos'è un'unità principale ad anello?
Un'unità principale ad anello è un gruppo di distribuzione compatto di media tensione comunemente utilizzato nelle disposizioni di rete ad anello o ad anello. Solitamente combina funzioni di commutazione e protezione per i collegamenti di alimentatori e trasformatori.
Quando sono utili le apparecchiature isolate in gas?
Le configurazioni con isolamento in gas possono essere utili dove lo spazio di installazione è limitato o dove un sistema dielettrico chiuso offre vantaggi per l'ambiente di progetto. È necessario rivedere la tecnologia dielettrica specifica, i requisiti di tenuta, le caratteristiche ambientali e le procedure di servizio.
Qual è lo scopo dell'isolamento solido?
L'isolamento solido utilizza materiali dielettrici incapsulati attorno a componenti energizzati selezionati. Può fornire un'ulteriore separazione ambientale e può essere utile in applicazioni esposte a polvere, umidità o contaminazione.
Cos'è un quadro estraibile?
Un sistema estraibile consente a un interruttore automatico o a un'unità funzionale di spostarsi tra posizioni definite, come gli stati connesso, test e isolato, in base alla progettazione dell'apparecchiatura. Questa disposizione può supportare le procedure di test, manutenzione e operative.
Perché è importante la tenuta al cortocircuito?
I guasti di media tensione possono produrre correnti molto elevate e forti forze elettrodinamiche. Il quadro deve essere in grado di resistere alle condizioni di guasto definite per la durata richiesta e, ove applicabile, di interrompere il guasto attraverso il sistema dell'interruttore.
In che modo i trasformatori di corrente supportano la protezione?
I trasformatori di corrente forniscono segnali elettrici in scala ai relè e ai contatori di protezione. Il loro rapporto, precisione, carico e comportamento di saturazione devono essere coordinati con la funzione di protezione prevista.
Qual è il ruolo dei trasformatori di tensione?
I trasformatori di tensione forniscono segnali di tensione in scala per la misurazione, la protezione, la sincronizzazione e il controllo. I valori nominali e la disposizione dei collegamenti devono corrispondere ai requisiti dell'applicazione e dell'isolamento.
Cos'è la protezione dall'arco interno?
La valutazione dell'arco interno esamina il comportamento dell'involucro di un quadro quando un guasto elettrico interno crea un arco in condizioni di prova definite. A seconda del prodotto e dello standard, la valutazione può prendere in considerazione l'integrità dell'involucro, la riduzione della pressione e la protezione delle persone nell'area circostante.
In che modo l'ambiente influisce sulla scelta del quadro?
Umidità, condensa, polvere, inquinamento, altitudine, temperatura e atmosfere corrosive possono influenzare l'isolamento, le prestazioni termiche, la protezione dell'involucro e la scelta dei materiali. Queste condizioni dovrebbero essere incluse nelle specifiche tecniche prima che l'attrezzatura venga finalizzata.
Quali applicazioni utilizzano comunemente i quadri di media tensione?
Le applicazioni includono produzione di energia, impianti industriali, impianti di energia rinnovabile, reti di distribuzione urbana, ospedali, aeroporti, data center, infrastrutture idriche e altre strutture che richiedono distribuzione e protezione controllate di media tensione.
Quali norme sono rilevanti per i quadri di media tensione?
La norma IEC 62271 è un'importante famiglia di norme per quadri e apparecchiature di controllo ad alta tensione. La parte specifica applicabile dipende dal tipo di quadro, dalla classe di tensione e dall'architettura dell'apparecchiatura. A un progetto possono applicarsi anche altri requisiti nazionali o regionali.
Il quadro dovrebbe essere selezionato prima della progettazione del sistema di protezione?
No. L'architettura del quadro, la filosofia di protezione, i requisiti di TA e TV, le funzioni dei relè, le caratteristiche dell'interruttore e le condizioni di guasto della rete devono essere coordinati. Progettarne uno in modo indipendente può creare conflitti più avanti nel progetto.
Quali informazioni devono essere fornite per un progetto di quadro personalizzato?
Le informazioni utili includono tensione di sistema, corrente nominale, livello di cortocircuito, schema unifilare, numero e tipo di alimentatori, dati del trasformatore o del motore, funzioni di protezione, requisiti di TA e TV, dimensioni del cavo e disposizione di ingresso, condizioni ambientali, dimensioni di installazione, potenza di controllo, requisiti di comunicazione e standard applicabili.
Perché l'accesso per la manutenzione è importante?
Il quadro contiene componenti che potrebbero richiedere ispezione, test, regolazione o sostituzione. Un accesso adeguato riduce la necessità di inutili smontaggi e supporta procedure di manutenzione più sicure e prevedibili.
In che modo una migliore progettazione dei quadri può rafforzare la distribuzione dell'energia a media tensione?
Gli impianti elettrici a media tensione richiedono molto più di un semplice apparecchio di commutazione. Hanno bisogno di un'architettura coordinata in grado di trasportare corrente di carico normale, resistere a condizioni di guasto definite, isolare le apparecchiature, fornire protezione, supportare la misurazione e consentire agli operatori e ai team di manutenzione di comprendere lo stato della rete elettrica.
Ecco perché la scelta delle apparecchiature dovrebbe iniziare dall'impianto elettrico piuttosto che dal catalogo prodotti. La tensione di rete, la corrente nominale, il livello di cortocircuito, la disposizione dell'alimentatore, le interfacce del trasformatore, i carichi del motore, le zone di protezione, le condizioni ambientali e le procedure di manutenzione stabiliscono i requisiti reali.
L'architettura del quadro può quindi essere selezionata di conseguenza. I sistemi estraibili rivestiti in metallo possono essere adatti a progetti che enfatizzano posizioni di manutenzione e test definite. Le unità principali ad anello possono adattarsi a reti di distribuzione compatte. I sistemi isolati in gas possono far fronte a gravi limitazioni di spazio. I progetti con isolamento solido e dielettrici alternativi possono fornire altre opzioni per ambienti impegnativi o progetti che richiedono diverse strategie di isolamento.
Altrettanto importanti sono i singoli dispositivi all’interno dell’involucro. Gli interruttori automatici interrompono la corrente, i sezionatori forniscono un isolamento definito, i sezionatori di terra supportano le procedure di messa a terra, i trasformatori di misura forniscono segnali di misurazione e i relè di protezione determinano il modo in cui il sistema risponde a condizioni anomale.
Test e conformità completano il quadro tecnico. Le classificazioni del prodotto, i test di tipo, i test di routine, la valutazione dell'arco interno, il comportamento degli interblocchi, l'idoneità ambientale e la documentazione devono corrispondere alla configurazione effettiva dell'apparecchiatura.
Per moderni impianti industriali, reti di energia rinnovabile, sistemi di distribuzione di servizi pubblici, infrastrutture critiche e altre applicazioni a media tensione, opportunamente progettatiQuadri MTfornisce la base per la distribuzione controllata dell'energia e la protezione elettrica. La soluzione migliore non è semplicemente quella con il punteggio più alto o il minimo ingombro. È quello le cui caratteristiche elettriche, meccaniche, ambientali, di protezione e di manutenzione sono allineate al progetto completo.
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