Manovre tipiche in un sistema elettrico

Manovre tipiche in un sistema elettrico
In un sistema elettrico per l’energia sono necessari dispositivi
in grado di:
- inserire o disinserire carichi
- inserire o disinserire elementi del sistema, per modificare il
punto di lavoro o effettuare manutenzione
- togliere tempestivamente dal servizio un elemento guasto,
evitando sovracorrenti, sovratensioni, instabilità
- mettere a terra elementi del sistema prima di accedere ad essi
per lavori
Apparecchi di manovra & interruzione
Questi dispositivi, come dice la parola, devono stabilire o
interrompere una corrente in un circuito.
Le operazioni di apertura e chiusura possono essere attuate:
- In condizioni “normali” (tipicamente corrispondenti ad una
corrente inferiore alla nominale, o a un lieve sovraccarico)
- In condizioni “anormali” (tipicamente relative a correnti di
guasto)
Il loro funzionamento può essere manuale (anche da remoto) o
automatico.
Apparecchi di manovra & interruzione
Questi dispositivi si suddividono tipicamente in due categorie:
- Sezionatori (propriamente detti, cioè “a vuoto”):
sono dispositivi in grado di aprire o chiudere correnti di
intensità trascurabile (es.correnti capacitive di sbarra e di
cavo, correnti a vuoto di trasformatori e TV); il loro stato
aperto/chiuso deve essere ben visibile, oppure riportato da
un indicatore affidabile
- Interruttori: sono dispositivi in grado di aprire o chiudere
correnti anche di elevata intensità, come quelle di corto
circuito. Se associati a relè sensibili a una grandezza di
guasto, diventano “apparecchi di protezione”.
Apparecchi di manovra & interruzione:
Sezionatori
- In condizioni di circuito chiuso questi dispositivi devono
comportarsi come un conduttore ideale, cioè non devono
manifestare né cadute di tensione né riscaldamento quando
vengono attraversati dalla corrente nominale; inoltre devono
essere in grado di sopportare per un tempo assegnato le
correnti di corto circuito previste nella sezione di rete nella
quale sono installati.
- In condizioni di circuito aperto questi dispositivi devono
comportarsi come un isolatore ideale, mantenendo
elettricamente separati i circuiti ai capi dei quali sono inseriti.
Apparecchi di manovra & interruzione:
Interruttori
Questi dispositivi, oltre a svolgere le funzioni descritte per
sezionatori, devono possedere anche i seguenti requisiti.
-
A partire da condizioni di circuito chiuso gli interruttori
devono essere in grado di interrompere un numero assegnato
di volte le correnti di corto circuito previste nella sezione di
rete nella quale sono installati.
-
A partire da condizioni di circuito aperto gli interruttori
devono poter chiudere un circuito anche in presenza di guasto,
senza danneggiarsi o perdere le proprie caratteristiche.
Apparecchi di manovra & interruzione:
Esistono ulteriori tipologie di dispositivi con caratteristiche
intermedie:
-
Interruttori di manovra, che sono in grado di aprire un circuito
solo in condizioni normali e di chiuderlo anche in condizioni anormali
(“interruttore” a parete di impianto domestico)
-
Interruttori di manovra-sezionatori (“sezionatori sotto carico”)
che sono funzionalmente interruttori di manovra, nei quali è possibile
verificare lo stato aperto/chiuso in maniera visibile
-
Contattori, che sono dispositivi in grado di aprire o chiudere un circuito
molte volte e in rapida successione, ma solamente in condizioni normali;
tipicamente monostabili, ovvero aperti se diseccitati
-
Fusibili, che sono dispositivi in grado solamente di aprire in maniera
irreversibile un circuito, in presenza di correnti di corto circuito o di
sovraccarico; a rigore essi sono apparecchi di protezione e non di
manovra.
Apparecchi di manovra & interruzione:
La tabella sintetizza la caratteristiche della apparecchiature descritte:
Possono anche esistere combinazioni di due apparecchi, come
fusibile+sezionatore_sotto_carico:
“Sezionatore valvola”
Schemi di stazione
Le stazioni elettriche inserite in una rete svolgono tipicamente
le seguenti funzioni:
- Smistamento linee AAT ed interconnessione con reti a tensione
diversa (tipicamente con autotrasformatori 400/220 kV)
- Collegamento alla rete dei gruppi di produzione (stazione
annessa alla centrale)
- Trasformazione dell’energia elettrica alla tensione della
distribuzione primaria (tipicamente con trasformatori o
autotrasformatori 400/132-150 kV e/o 220/132-150 kV)
- (“sottostazioni” o “cabine primarie”): Trasformazione
dell’energia elettrica alla tensione della distribuzione MT
(tipicamente con trasformatori 132-150kV/MT)
Schemi di stazione
L’importanza delle stazioni elettriche comporta la necessità
di una loro elevata affidabilità; tale obiettivo viene
perseguito:
- Scegliendo schemi elettrici di collegamento dei diversi
componenti della stazione adeguati all’importanza dell’impianto
(quantità di energia elettrica transitante nella stazione)
- Definendo in maniera opportuna la struttura e l’alimentazione dei
servizi ausiliari della stazione, necessari a garantirne il corretto
funzionamento anche in condizioni critiche (blackout)
Schemi di stazione
Consideriamo un generico nodo. Ogni elemento di rete che
confluisce nel nodo può essere soggetto a guasti e quindi deve
poter essere isolato senza che la continuità del servizio ne risenta;
introduciamo quindi un interruttore.
Schemi di stazione
L’interruttore non garantisce da solo l’isolamento del circuito; è quindi
necessario interporre un sezionatore. Inoltre l’interruttore può essere a
sua volta soggetto a guasti e quindi deve poter essere isolato senza che la
continuità del servizio ne risenta; introduciamo quindi un secondo
sezionatore.
Infine si introducono sistemi di messa a terra delle linee fuori servizio
(per evitare tensioni dovute a cariche residue o a tensioni indotte)
Sistema a semplice sbarra
Schemi di stazione
Le manovre che devono quindi essere eseguite per escludere un
elemento del sistema sono: i, 1, 2, 3
(2 e 3 sono tipicamente interbloccati)
Schemi di stazione
- Stazione a semplice sbarra
Economico ma molto rigido
Schemi di stazione
Una ulteriore esigenza è quella di mantenere in servizio una linea
anche quando l’interruttore ad essa collegato deve essere messo
fuori servizio, per es. per manutenzione.
E’ quindi opportuno utilizzare un ulteriore schema di stazione,
denominato “con sbarra di traslazione”.
Schemi di stazione
- Stazione a semplice sbarra con sbarra di traslazione
n.a.
n.a.
n.a.
n.a.
n.a.
n.a.
Schemi di stazione
Lo schema a semplice sbarra è semplice ed economico, ma troppo
rigido (tutti gli elementi possono essere collegati solamente alla
stessa sbarra).
E’ quindi opportuno disporre di un ulteriore schema di stazione,
denominato “a doppia sbarra”.
Schemi di stazione
Stazione a doppia sbarra
Possibile gestire parallelo fra aree
Schemi di stazione
Ulteriori possibili schemi sono quelli cosiddetti “ad anello”.
Vantaggi: garantiscono il fuori servizio di un qualsiasi interruttore senza
alterare gli assetti di rete.
Schemi di stazione
Svantaggi: un guasto su linea comporta l’apertura di 2 interruttori (maggiori
difficoltà); inoltre gli interruttori possono essere attraversati da correnti che
dipendono dall’assetto e quindi il loro dimensionamento può risultare
complesso.
1
Doppia sbarra
Schemi di stazione
Doppia sbarra e doppio int
(no bypass)
Ad anello
Sbarra singola + trasl
Schemi di stazione
Doppia sbarra
a 1 int e mezzo
Schemi di stazione
Per poter garantire il funzionamento dei sistemi di protezione
e degli automatismi e la manovra degli interruttori, deve essere
assicurata la continuità dell’alimentazione dei servizi ausiliari
anche in assenza di rete.
I componenti che maggiormente influiscono sulla affidabilità della
stazione (motori di comando degli interruttori, sistemi di
teletrasmissione, illuminazione di emergenza, ecc.) sono alimentati
in c.c. tramite batterie in tampone caricate tramite alimentazioni
indipendenti (linee MT esterne alla stazione, gruppi elettrogeni,
ecc.).
Schemi di stazione
- Dal punto di vista tecnologico, le stazioni possono essere
realizzate:
- In aria
- Blindate in SF6 (compatte)
- Le stazioni compatte sono spesso installate in ambienti
chiusi, in virtù delle loro dimensioni contenute.
- Le stazioni compatte, sia quelle installate all’aperto che
quelle installate in ambienti chiusi, non sono influenzate
dagli agenti atmosferici.
- Gli schemi delle stazioni sono generalmente indipendenti
dalla tecnologia con la quale le stesse sono realizzate.
Esempi di stazioni
Esempi di stazioni
Montanti
Montante di generazione
Al montante di trasf.
Al montante di trasf.
servizi
ausiliari
servizi
ausiliari
flessibile
rigido
Spesso assente:
per manut. si smonta
il condotto sbarre
Al montante di trasf.
servizi
ausiliari
flessibile
Montanti
Montante di trasformazione
Sbarra AAT o AT
- Se staz.primaria: speculare
- Se cabina primaria: scaricatore, sezionat., sbarra MT
- Se staz.annessa a generaz: montante di generazione
Montanti
Montante di linea
sbarra
AT o AAT
sbarra
MT
Bobina onde conv.
TVC
amarro
linea
linea
in cavo
Se aerea,
scaricatore
a corna
Se non ci sono sbarre (unica linea e unico trasf), il montante di linea e quello di
trasformazione si fondono in un unico montante (“di trasformazione”), che è fatto come
quello di linea ma al posto del sez. lato sbarra c’è uno scaricatore.