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CABINE ELETTRICHE DI TRASFORMAZIONE
parte prima
Una cabina elettrica è il complesso di conduttori, apparecchiature e macchine atto a eseguire
almeno una delle seguenti funzioni: trasformazione, conversione, regolazione, smistamento
dell’energia elettrica.
Una cabina di trasformazione MT/BT è il complesso di conduttori, apparecchiature e macchine
atto a eseguire la trasformazione dell’energia elettrica, fornita dalla rete di distribuzione a MT, in
energia elettrica a bassa tensione, 230 / 400 V.
Sistema elettrico: la norma CEI ( Comitato Elettrotecnico Italiano ) definisce come sistema
elettrico quella parte di un impianto elettrico costituito dal complesso dei componenti elettrici
aventi una determinata tensione nominale UN.
In base al valore della tensione nominale UN un sistema elettrico, secondo le norme CEI, è così
classificato:
UN ≤ 50 [V]
sistema di categoria zero
sistema di prima categoria
50< UN ≤1000 [V]
sistema di seconda categoria
1000< UN ≤30000 [V]
sistema di terza categoria
UN > 30.000 [V]
Una cabina elettrica di trasformazione pertanto costituisce un’interfaccia tra un sistema di seconda
categoria e un sistema di prima categoria.
La tensione nominale U1N del sistema di seconda categoria ( il sistema a MT ) è normalizzata su
uno dei valori seguenti
3;
6;
10;
15;
20;
30
[kV]
Per gli impianti nuovi è raccomandata la tensione nominale U1N = 15 [ kV].
Per il sistema di prima categoria ( il sistema in bt ) il valore normalizzato
della tensione è 230 / 400 [V].
Una cabina di trasformazione è graficamente rappresentata negli schemi
elettrici impiantistici con lo schema semplificato della figura 1:
S3
MT
La figura 1, essendo uno schema semplificato, rappresenta la cabina solo
dal punto di vista della funzione svolta; non sono infatti messi in evidenza
le altre apparecchiature che sono necessarie per il funzionamento,
come i dispositivi manovra, sezionamento, misura ecc.:
BT
S4
Fig.1
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COMPONENTI FONDAMENTALI DI UNA CABINA MT/BT PRIVATA
Le cabine private sono i nodi della rete di distribuzione in cui l’energia elettrica viene consegnata in
media tensione ad un privato; questi poi deve provvedere ad abbassare la tensione ai valori di
utilizzazione e distribuirla agli utilizzatori con i criteri coerenti con le esigenze particolari
dell’impianto.
Struttura di una cabina privata
La cabina deve presentare almeno tre locali di cui due riservati all’ENEL: il primo ( A ) costituisce
l’arrivo della MT e accoglie le apparecchiature di media tensione di manovra, protezione e
sezionamento ; il secondo ( B )ospita la strumentazione per la misura delle grandezze elettriche di
interesse ( voltmetri, amperometri, frequenzimetro, contatore di energia attiva, contatore di energia
reattiva ) ed è normalmente chiamato locale contatori; il terzo ( C ) locale è di pertinenza
dell’utente ( locale utente ) accoglie le apparecchiature di media tensione di manovra, protezione e
sezionamento e smistamento , i trasformatori MT/BT e il quadro di bassa tensione ( locale utente )
A
B
MT
TR
C
BT
Quando è necessaria la cabina privata:
Le cabine private risultano convenienti per potenze d’impianto, riferite ad un’unica proprietà,
superiori a 50-100 kW, perché il costo unitario dell’energia è minore se essa viene fornita in MT
rispetto al costo unitario quando essa viene invece fornita in bassa tensione.
Per potenze d’impianto ancora più grandi, come per esempio ospedali, industrie, grandi complessi
commerciali o residenziali il ricorso alla cabina privata risulta invece necessario per le esigenze
proprie funzionali e gestionali.
Numero dei trasformatori presenti:
Quando la potenza richiesta non è elevata e quando non esistono particolari esigenze di continuità
funzionale dell’impianto la cabina presenta un unico trasformatore;
Quando la potenza richiesta è elevata vengono installati due o più trasformatori che possono
funzionare sia separatamente che in parallelo;
questa soluzione si rende necessaria anche quando esiste una forte esigenza di continuità funzionale
dell’impianto e un guasto all’unico trasformatore o interventi di manutenzione su di esso
determinerebbero fermate inaccettabili dell’impianto.
Talvolta, sempre per le esigenze di continuità del servizio è presente un trasformatore di riserva (
principio della ridondanza ) che può subentrare quando si verifichi un guasto ad un trasformatore
normalmente in servizio.
Nei casi in cui la continuità di servizio è una caratteristica fondamentale dell’impianto è adottata
anche la soluzione 2+1 che applica il criterio della ridondanza. La cabina è dotata di 3
trasformatori di cui due sempre in servizio e il terzo di riserva; quest’ultimo può essere utilizzato
quando uno dei due normalmente in servizio per qualche motivo deve essere sconnesso.
Potenze nominali dei trasformatori MT/BT:
La potenza dei trasformatori viene scelta all’interno della serie normalizzata ( valori in kVA )
50;
100;
160;
250;
400;
630;
1000
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Alimentazione della cabina. Configurazione della cabina lato MT nella sezione MT di ENEL.
In funzione del tipo di alimentazione le cabine possono essere fondamentalmente di due tipi:
1. cabine alimentate con linea terminale;
2. cabine alimentate con linea ad anello .
Nelle cabine alimentate con linea terminale la linea MT termina nella cabina e non prosegue oltre la
cabina stessa, figura 2;
Nelle cabine alimentate con linea ad anello in cabina arrivano due linee MT, che realizzano un
anello di alimentazione. In cabina è presente un dispositivo entra-esci formato da due sezionatori
sotto carico, che consente di alimentare la cabina con una o entrambe le linee e di mantenere la
continuità dell’anello anche quando la cabina è scollegata.
La configurazione ad anello consente inoltre alla cabina di poter essere alimentata anche quando
una delle due linee MT in arrivo è fuori servizio, figura 3.
Arrivo linea
MT A
Arrivo
llinea MT
Arrivo linea
MT B
sezionatore
sotto carico
TA
Sbarre MT
TV
Gruppo di
misura
sezionatore
di terra
sezionatore
sotto carico
TA
TV
Alla cabina
utente
Gruppo di
misura
Figura 2:
cabina terminale
sezionatore
di terra
Alla cabina
utente
Figura 3 cabina inserita in anello
Costituzione della cabina nella sezione MT ENEL:
In ingresso, nella sezione MT di pertinenza dell’ENEL si ha sempre il sezionatore di isolamento
così chiamato perché in posizione di aperto si è sicuri che la cabina è isolata dalla rete, coordinato
con il sezionatore di terra
I coltelli del sezionatore di terra sono interbloccati con i coltelli del sezionatore di linea ( quando il
sezionatore di linea è chiuso il sezionatore di terra è aperto e viceversa), in modo che la linea venga
messa a terra quando vengono effettuati lavori sulla stessa e le operazioni di manutenzione possano
svolgersi in sicurezza.
A valle del sezionatore di isolamento è presente il gruppo di misura, seguito da un altro
sezionatore in modo che in caso di operazioni di manutenzione, il gruppo di misura possa essere
isolato completamente dal resto dell’impianto.
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I sezionatori presenti in questa sezione MT dell’impianto di cabina sono manovrabili solo da parte
degli operatori dell’ente distributore.
Il gruppo di misura è costituito normalmente da un contatore di energia attiva trifase a due sistemi
con indicatore di massima potenza e da un contatore di energia reattiva trifase a due sistemi, figura
4.
Tali strumenti sono inseriti per via indiretta mediante due TA ( trasformatori amperometrici o di
corrente ) per la lettura della corrente di linea per le amperometriche di contatori e wattmetri, e due
TV ( trasformatori volumetrici o di tensione ) per la lettura delle tensione di linea per i voltmetri e le
voltmetriche di contatori e wattmetri.
L3
L2
L1
L1
I1
I2
Agli amperometri e alle
amperometriche dei
contatori
V12
Ai voltmetri e alle
volumetriche dei
contatori
V23
Figura 4
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Schemi tipici della cabina utente:
Nella sezione MT di pertinenza dell’utente trovano posto le apparecchiature di manovra,
sezionamento e protezione , il gruppo di trasformazione MT/BT e infine il quadro di bassa tensione.
In relazione alla potenza elettrica dell’impianto e alle esigenze funzionali dello stesso può essere
conveniente o necessario affidare la trasformazione non ad un solo trasformatore ma a due
trasformatori.
Possono presentarsi perciò soluzioni impiantistiche differenti:
1) la trasformazione è realizzata mediante un solo trasformatore che alimenta un gruppo di linee
BT
Consegna e misura
.
Sezione MT
utente
Sezione BT
Fig.5 Schema di principio di cabina privata con un solo
trasformatore MT/BT schema radiale semplice
Schema radiale composto
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2) la trasformazione è realizzata mediante due trasformatori che funzionano separatamente
alimentando ciascuno un proprio gruppo di linee BT
Consegna e misura
sezione MT utente
TR A
TR
B
Sezione BT
quadro A
forza motrice
quadro B
servizi ausiliari
Figura 6: cabina con due trasformatori indipendenti schema radiale
Si usa questo schema d’impianto quando la potenza richiesta è superiore a 200-300 kW e quando si
voglia e si possa suddividere la potenza tra forza motrice ( TR A ) e servizi ausiliari ( TR B ).
Si consegue un risparmio energetico perchè gli ausiliari possono essere alimentati anche con il
trasformatore TR A scollegato ( ad esempio durante la notte ) e dimensionando il trasformatore TR
B per la potenza necessaria ai soli servizi ausiliari ( in questo modo si evita anche di far lavorare a
bassa potenza un trasformatore di potenza nominale elevata).
Questa soluzione pertanto è dettata fondamentalmente da motivi di esercizio, anche se il costo
complessivo delle due macchine, con le relative apparecchiature di protezione, risulterà maggiore di
quello di un’unica macchina di potenza pari alla somma delle due.
Un inconveniente di questo schema è che in caso di guasto di un trasformatore non è possibile
alimentare le sue linee a BT mediante l’altro trasformatore.
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3) la trasformazione è realizzata mediante due trasformatori collegati in parallelo, che alimentano
un unico gruppo di linee BT:
Consegna e misura
sezione MT utente
TR
TR A
B
Sezione BT
quadro BT
Figura 7: cabina con due trasformatori in parallelo: schema radiale doppio
Questa soluzione garantisce una certa continuità di servizio in quanto, in caso di guasto ad un
trasformatore si può continuare l’alimentazione delle linee BT o almeno di quelle linee relative ai
carichi vitali e più importanti.
Anche questa soluzione, come quella vista in precedenza, è dettata fondamentalmente da motivi di
esercizio, anche se il costo complessivo delle due macchine, con le relative apparecchiature di
protezione, risulterà maggiore di quello di un’unica macchina di potenza pari alla somma delle due.
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4) la trasformazione è realizzata mediante due trasformatori che funzionano separatamente.
Ogni trasformatore alimenta un proprio gruppo di linee BT. Le sbarre BT dei due trasformatori
possono essere connesse a formare un unico sistema di sbarre mediante un congiuntore di sbarre
BT
Consegna e misura
sezione MT utente
TR A
TR
B
Sezione BT
quadro A
Congiuntore di sbarre
quadro B
Figura 7: cabina con due trasformatori in parallelo: schema radiale doppio
Con questo schema i due trasformatori funzionano separatamente però è previsto un interruttore (
chiamato congiuntore di sbarre ) che può collegare i sistemi di sbarre BT delle due macchine.
Questa soluzione è sicuramente la migliore in quanto in caso di guasto di una macchina, chiudendo
l’interruttore di sbarra, si possono alimentare le linee BT normalmente alimentate dalla macchina
guasta con l’altra macchina rimasta in funzione, ottenendo quindi una elevata continuità di servizio.