Il quadro elettrico di distribuzione è l'apparecchiatura che controlla, protegge e isola i circuiti elettrici tra una fonte di alimentazione e i carichi che essa serve. In un sistema di distribuzione, decide dove può fluire l'energia, fornisce un punto di isolamento definito per il funzionamento e limita gli effetti dei guasti quando un circuito non funziona correttamente.
Il termine si riferisce a più classi di tensione e a più prodotti. Può descrivere quadri di bassa tensione all'interno di un impianto industriale, quadri di media tensione in una sottostazione, apparecchiature di commutazione di linea su una rete di distribuzione o un'unità di distribuzione ad anello compatta. L'apparecchiatura corretta dipende dalla tensione di sistema, dalla configurazione della rete, dal livello di guasto, dal carico di lavoro, dall'ambiente di installazione e dal sistema di protezione circostante.
Questa guida offre un punto di partenza pratico: innanzitutto, separare le tre funzioni elettriche, quindi identificare la famiglia di apparecchiature e infine raccogliere i dati di progetto necessari per una selezione effettiva.
La maggior parte degli errori di specifica inizia quando l'isolamento, la commutazione del carico normale e l'interruzione di guasto vengono trattati come la stessa funzione. Sono correlati, ma non sono intercambiabili.
L'isolamento crea una netta separazione tra le apparecchiature e una sorgente di corrente, consentendo di eseguire interventi di manutenzione o ispezione secondo le procedure di sicurezza approvate. Un sezionatore o un isolatore svolge normalmente questa funzione di isolamento visibile o definita dopo che la corrente è già stata interrotta da un altro dispositivo idoneo. Non è automaticamente un dispositivo di interruzione di guasto.
La commutazione del carico apre o chiude un circuito in base alle sue normali condizioni operative. Un interruttore di carico può essere progettato e testato per stabilire e interrompere la corrente di carico entro i limiti nominali definiti. Ciò non significa che possa interrompere un cortocircuito arbitrario.
L'interruzione di guasto elimina la sovracorrente o la corrente di guasto prima che il guasto danneggi le apparecchiature o si propaghi nella rete. Questa funzione è svolta dagli interruttori automatici e dai fusibili correttamente coordinati. La loro capacità di intervento in caso di guasto deve essere adeguata alla corrente di guasto prevista, alla tensione di sistema e allo studio di coordinamento.
Un gruppo completo può combinare queste funzioni. Ad esempio, un quadro di distribuzione di media tensione può includere un interruttore automatico per la protezione, funzioni di sezionamento e messa a terra per un accesso sicuro, relè per il rilevamento e sbarre collettrici per la distribuzione. La scelta deve comunque basarsi sulla funzione assegnata a ciascun dispositivo, non su un'etichetta generica come "quadro elettrico".
Le apparecchiature di distribuzione vengono utilizzate dall'interfaccia di alimentazione della rete elettrica o industriale fino ai circuiti di distribuzione finali. I limiti di tensione esatti variano a seconda del paese, delle normative delle aziende elettriche e degli standard, ma la struttura comune è semplice:
Il numero di livelli di commutazione dipende dalle dimensioni e dai requisiti di resilienza dell'impianto. Una sottostazione piccola e compatta può utilizzare un'unità RMU e un'unità di protezione del trasformatore. Un impianto di processo può richiedere una linea di media tensione con diversi ingressi, sezioni di sbarre, misurazione, relè di protezione e quadri di distribuzione in uscita. Nessuna delle due configurazioni è intrinsecamente migliore; ciascuna risponde a diverse esigenze di rete e operative.
I quadri elettrici di media tensione in contenitori metallici sono gruppi che contengono una o più unità funzionali. A seconda della configurazione, un'unità può contenere un interruttore automatico a vuoto, un sezionatore di carico, un sezionatore, un interruttore di terra, una combinazione di fusibili, trasformatori di misura, relè di protezione, apparecchiature di controllo e connessioni alle sbarre collettrici.
Un RMU è un gruppo compatto di media tensione comunemente utilizzato nelle reti di distribuzione via cavo, comprese le configurazioni ad anello o radiali. Una configurazione tipica può prevedere linee di alimentazione in ingresso e in uscita, oltre a una linea di trasformazione protetta. Il numero effettivo di linee, i dispositivi di commutazione, il mezzo isolante e la configurazione di protezione devono essere conformi allo schema unifilare approvato, anziché a una descrizione generica di un RMU.
Le configurazioni con isolamento in aria, in gas e con isolamento solido presentano diverse considerazioni in termini di servizio, ingombro, impatto ambientale, manutenzione e smaltimento a fine vita. Una configurazione sigillata può ridurre la superficie di isolamento esposta, mentre una configurazione con isolamento in aria può offrire un approccio diverso per l'ispezione o la manutenzione. L'ambiente di installazione, la continuità di servizio richiesta, le pratiche di manutenzione consentite e i requisiti ambientali locali determinano la soluzione più appropriata.
Gli interruttori di sezionamento per esterni, gli interruttori di interruzione in aria, gli interruttori di carico, i sezionatori con fusibili, i riconnettori e gli scaricatori di sovratensione vengono installati sulle linee aeree, nelle sottostazioni e intorno alle interfacce dei trasformatori o delle linee di alimentazione. La loro scelta deve essere effettuata in base al ruolo che svolgono nella rete:
Questi dispositivi spesso lavorano insieme. La questione progettuale non è quindi "quale dispositivo è il migliore?", bensì "cosa deve isolare, commutare, proteggere o ripristinare automaticamente questa posizione?".
A livello di bassa tensione, i quadri elettrici distribuiscono la potenza erogata da trasformatori o generatori ai carichi a valle. A seconda del carico, il quadro può includere interruttori automatici in aria, interruttori automatici scatolati, interruttori automatici miniaturizzati, dispositivi di commutazione, sbarre collettrici, strumenti di misurazione, dispositivi di protezione contro le sovratensioni e apparecchiature di controllo. Il quadro, i dispositivi di protezione, l'involucro e il sistema di sbarre collettrici devono essere considerati congiuntamente; la sola potenza nominale di un interruttore non definisce l'idoneità dell'intero sistema.
I moderni sistemi di media tensione utilizzano comunemente relè di protezione numerici, trasformatori di corrente, trasformatori di tensione, circuiti di sgancio, strumenti di misurazione e interfacce di comunicazione, oltre al dispositivo di commutazione primario. Questi sistemi secondari non sono componenti opzionali da aggiungere dopo la selezione del quadro elettrico principale. Essi determinano come viene rilevato un guasto, quale dispositivo interviene, quali informazioni vengono registrate e se l'impianto si interfaccia con un sistema SCADA o con altri sistemi di supervisione.
La tabella seguente è uno strumento di pianificazione. Identifica le questioni che restringono il campo delle possibili soluzioni per le apparecchiature; non sostituisce un calcolo di cortocircuito, uno studio di protezione o una specifica di progetto approvata.
| Condizioni del progetto | Direzione iniziale dell'attrezzatura | Dati che necessitano ancora di conferma |
|---|---|---|
| Una sezione isolata deve essere resa sicura per la manutenzione | Sezionatore o isolatore nella sequenza di commutazione approvata | Tensione di sistema, tipo di installazione, interblocco e requisiti di messa a terra |
| Un circuito deve essere commutato sotto carico normale | Interruttore di carico o dispositivo di commutazione idoneo | Tipo di carico, corrente, lavoro di commutazione, meccanismo di azionamento |
| Un guasto alla linea di alimentazione deve essere interrotto | Interruttore automatico, fusibile o sistema di protezione coordinato | Corrente di guasto prevista, tempo di intervento, coordinamento delle protezioni |
| Una rete di cavi MT compatta ha percorsi di alimentazione e trasformazione | RMU o gruppo MV compatto | Schema unifilare, numero di percorsi, percorso di protezione, interfacce dei cavi |
| Un sito necessita di più ingressi MT e circuiti di alimentazione controllati. | gamma di apparecchiature di media tensione | Disposizione delle sbarre collettrici, requisiti di continuità, protezione, accesso e requisiti di prestazione dell'arco elettrico. |
| Una linea esterna necessita di sezionamento o ripristino automatizzato | Dispositivo di commutazione esterno o sistema di richiusura automatica | Topologia di rete, potere di controllo, comunicazioni, filosofia di protezione |
Ogni preventivo per apparecchiature di commutazione necessita di dati sufficienti per definire i confini del sistema e delle apparecchiature stesse. Le voci più importanti includono in genere:
Un assemblaggio deve essere valutato come un sistema coordinato. Una sbarra collettiva ad alta corrente continua non determina di per sé le prestazioni in caso di guasto di una linea di alimentazione. Allo stesso modo, un interruttore può avere una capacità di interruzione adeguata, ma l'intera configurazione richiede comunque la verifica delle sbarre collettrici, dell'interfaccia dei cavi, della protezione e della disposizione meccanica.
Per gli assemblaggi metallici di media tensione, la norma IEC 62271-200 definisce l'ambito di applicazione standard per gli assemblaggi in corrente alternata superiori a 1 kV e fino a 52 kV. Le specifiche di progetto e i requisiti locali applicabili determinano comunque quali valori nominali, prove, classificazioni e documenti si applicano al singolo ordine.
La prima fase di selezione si basa sulle informazioni di progettazione, non sull'affermazione che l'apparecchiatura abbia già superato uno specifico test di progetto. La tabella seguente distingue i dati di input usuali dal loro ruolo nella revisione.
| Fonte di input o di accettazione | Perché è importante | Proprietario tipico della recensione |
|---|---|---|
| Diagramma a linea singola | Definisce la disposizione di sorgente, sbarra collettiva, alimentazione e isolamento. | Ingegnere elettrico di progetto |
| Specifiche del progetto | Definisce tensione, standard, condizioni di servizio e requisiti del cliente. | Acquirente e revisore tecnico |
| Scheda tecnica del produttore | Conferma le caratteristiche dichiarate del dispositivo e dell'assemblaggio | team tecnico del produttore |
| Studio sulla protezione | Definisce il livello di guasto, le impostazioni e i requisiti di coordinamento. | Ingegnere della protezione |
| Disegno approvato | Conferma il layout, l'ingresso dei cavi, i terminali e le interfacce prima della produzione. | Acquirente e produttore |
| Procedura FAT o registrazione del test, ove rilasciata | Conferma l'ambito di ispezione e collaudo concordato per l'ordine | Team di qualità dell'acquirente e del produttore |
Questo elenco rappresenta una fonte di accettazione, non sostituisce la procedura di approvazione del progetto. Nell'ambito di una procedura di ispezione approvata, è possibile utilizzare un multimetro, un tester di isolamento, uno strumento di misurazione della resistenza di contatto o un analizzatore di temporizzazione, ma il metodo di prova richiesto e i criteri di accettazione devono essere definiti nelle specifiche di progetto applicabili, nella documentazione del prodotto e nel piano di prova concordato.
La scelta degli apparecchi di commutazione è legata a diverse decisioni ingegneristiche a monte:
La raccolta tempestiva di queste informazioni riduce le successive revisioni dei disegni ed evita di selezionare un dispositivo basandosi esclusivamente su tensione e corrente.
No. Un sezionatore ha principalmente la funzione di isolamento. Un interruttore automatico viene scelto per specifiche funzioni di interruzione, inclusa l'interruzione in caso di guasto, laddove la sua potenza nominale e il suo schema di protezione lo richiedano. Alcuni gruppi includono entrambe le funzioni, ma i dispositivi svolgono compiti diversi.
Solo laddove lo schema di protezione del progetto non richieda all'interruttore di interrompere la corrente di guasto. Un interruttore di carico deve essere utilizzato entro i limiti dichiarati per la commutazione e la chiusura in corrente normale. La protezione dai guasti può richiedere un interruttore, un fusibile o un altro dispositivo di protezione coordinato.
No. Le RMU possono utilizzare diversi approcci di isolamento. La soluzione costruttiva scelta deve essere compatibile con la configurazione della rete, le condizioni del sito, il piano di manutenzione, lo spazio disponibile, le politiche ambientali e la documentazione richiesta.
Partire dallo schema unifilare, tensione e frequenza del sistema, corrente continua, corrente di guasto disponibile, numero di unità funzionali, ambiente di installazione, requisiti di protezione, interfacce dei cavi e requisiti normativi o di rete applicabili.
No. La targhetta identificativa è un punto di partenza essenziale, ma l'assemblaggio selezionato deve anche corrispondere allo schema unifilare, al livello di guasto, alla configurazione delle protezioni, alle interfacce tra sbarre e cavi, alle condizioni di esercizio, ai requisiti di accesso e alle specifiche di progetto approvate.
Per un preventivo o una revisione tecnica significativi, preparare lo schema unifilare e indicare tensione, frequenza, corrente in ingresso e in uscita, livello di cortocircuito previsto, numero di quadri o vie, ingresso cavi, funzioni di protezione, esigenze di controllo/comunicazione, ambiente di installazione e normative di riferimento. Questi dati consentono al fornitore di adattare la configurazione del quadro elettrico al progetto, anziché offrire un articolo generico a catalogo.
Per le famiglie di apparecchiature pertinenti, consultare la sezione Apparecchiature di commutazione per la distribuzione di XIYA POWER . Una selezione dettagliata deve quindi essere verificata in base ai calcoli di progetto, ai disegni approvati e ai requisiti operativi.
