Come selezionare la RMU giusta per le applicazioni di distribuzione di media tensione

Introduzione

A interruttore automaticoè uno dei pezzi più ampiamente utilizzatiquadri di media tensionenel mondo. Si trova all’interno di sottostazioni compatte in quartieri urbani densi, alla base delle turbine eoliche, negli scantinati delle torri commerciali e al perimetro degli impianti industriali. Il suo compito è poco affascinante ma fondamentale: collegare gli alimentatori di distribuzione in un anello, proteggere i trasformatori e isolare i guasti senza interrompere l'intera rete.

PerchéRMUI dispositivi vengono prodotti in grandi quantità e distribuiti in grandi flotte, c'è la tentazione di trattarli come una merce: scegli un voltaggio, scegli una corrente, confronta i prezzi. Questo approccio funziona finché non funziona più. Una RMU specificata in modo errato può creare grattacapi operativi che si sommano a dozzine o centinaia di installazioni. Una configurazione che funziona perfettamente in un centro cittadino temperato potrebbe fallire prematuramente in un ambiente costiero con nebbia salina. Uno schema di protezione adeguato per una rete radiale potrebbe comportarsi in modo imprevedibile quando l'azienda riconfigura l'anello.

Per selezionare la giusta RMU è necessario comprendere dove opererà, come sarà accessibile e mantenuta, cosa dovrà proteggere e come la rete che la circonda potrebbe cambiare nel corso dei suoi 30 anni di vita utile. Questo articolo esamina ciascuno di questi fattori a turno.

Inizia con l'applicazione, non con il catalogo

L'errore di specifica RMU più costoso è selezionare una configurazione standard da un catalogo prima di comprendere il contesto dell'applicazione. Tre fattori applicativi dovrebbero influenzare ogni decisione di selezione delle RMU.

Installazione interna ed esterna. Una RMU per interni installata in una sala elettrica climatizzata si affaccia su un ambiente favorevole. La temperatura è stabile. L'umidità è controllata. Non c'è esposizione a pioggia, polvere o sale. Una RMU da esterno installata in un involucro montato su pad vicino alla costa si trova ad affrontare una realtà molto diversa. Gli sbalzi di temperatura possono causare condensa interna. La nebbia salina accelera la corrosione sulle parti metalliche esposte. Le radiazioni ultraviolette degradano l'isolamento polimerico e le guarnizioni nel tempo. L'involucro deve essere progettato per queste condizioni, con gradi IP adeguati, misure anticondensa e protezione dalla corrosione.

Filosofia di accesso e manutenzione. Una RMU installata in una sottostazione chiusa nel centro cittadino può essere visitata da una squadra di manutenzione in 30 minuti. Una RMU installata alla base di una turbina eolica su un crinale montuoso può essere accessibile solo durante determinate finestre meteorologiche e una visita in loco può costare diverse ore di viaggio. Quanto più remota è l'installazione, tanto più forte è la necessità di progetti sigillati a vita che non richiedono monitoraggio del gas, manutenzione dei contatti e intervento periodico. La filosofia di manutenzione dovrebbe essere incorporata nelle specifiche e non scoperta dopo la messa in servizio.

Configurazione di rete esistente. Una RMU che si aggiunge ad un anello esistente deve essere compatibile con la filosofia di protezione, il protocollo di comunicazione e l'interfaccia fisica delle apparecchiature già in servizio. Se la rete esistente utilizza una specifica piattaforma di relè di protezione, la nuova RMU dovrebbe essere in grado di integrarsi con essa. Se l'anello esistente utilizza una particolare configurazione del modulo, la nuova unità dovrebbe adattarsi a tale topologia senza richiedere una progettazione personalizzata.

Determinare le funzioni che ciascun modulo deve eseguire

Una RMU non è un singolo dispositivo. È un insieme di moduli, ciascuno dei quali svolge una funzione distinta. Il primo compito di specifica è determinare quali funzioni sono necessarie e quante di ciascuna.

Moduli alimentatori ad anelli. Queste sono le unità sezionatori di carico che collegano l'RMU all'anello di distribuzione. Ne sono necessari almeno due, generalmente designati come in entrata e in uscita, sebbene in una configurazione ad anello l'energia possa fluire in entrambe le direzioni. Ciascun modulo alimentatore ad anello contiene un sezionatore di carico in grado di interrompere la corrente di carico nominale. La potenza nominale più comune è 630 A, che copre la stragrande maggioranza delle applicazioni degli anelli di distribuzione.

Moduli di protezione del trasformatore. Questi moduli alimentano e proteggono i trasformatori di distribuzione che riducono la media tensione in bassa tensione per il consumo locale. La protezione può essere fornita da un fusibile (l'approccio più semplice e più comune), un interruttore automatico (dove è richiesta selettività o funzionamento frequente) o una combinazione di interruttori-sezionatori con fusibile. La scelta tra la protezione con fusibile e interruttore dipende dalle dimensioni del trasformatore, dal livello di guasto della rete e dalla filosofia di coordinamento della protezione dell'azienda di distribuzione.

Moduli accoppiatori bus. Nei gruppi RMU più grandi, un accoppiatore bus può collegare o separare due sezioni di sbarre collettrici. Ciò consente flessibilità operativa: un trasformatore può essere messo fuori servizio mentre l'altro alimenta entrambe le sezioni, oppure l'anello può essere diviso in due segmenti indipendenti per l'isolamento dei guasti.

Moduli di contabilizzazione diretta. Laddove l'azienda elettrica richiede la misurazione delle entrate presso la RMU, un modulo di misurazione dedicato ospita trasformatori di corrente e tensione dimensionati per la precisione della fatturazione. Questo modulo in genere non ha alcuna funzione di commutazione: è solo un punto di misurazione.

COTENELE fornisce moduli RMU in tutte queste configurazioni, inclusi alimentatori ad anello in entrata e in uscita da 630 A, moduli di protezione del trasformatore con protezione con fusibile o interruttore automatico, accoppiatori bus e scomparti di misurazione diretta. Sono disponibili configurazioni standard da tre, quattro e cinque moduli, con disposizioni personalizzate basate sullo schema unifilare del cliente.

Seleziona la tecnologia di isolamento

Il mezzo isolante all'interno del serbatoio RMU determina l'impronta ambientale dell'apparecchiatura, il profilo di manutenzione e lo stato di conformità. Questa decisione è diventata sempre più importante in quanto le normative SF₆ sono diventate più restrittive a livello globale.

L'isolamento dell'aria secca e dell'azoto sono diventati i principali sostituti dell'SF₆ nelle applicazioni RMU. Entrambi i gas hanno un potenziale di riscaldamento globale pari a zero. Entrambi sono non tossici, non infiammabili e non richiedono una gestione speciale al termine del ciclo di vita. Nelle moderne RMU isolate con aria secca o N₂, il serbatoio del gas viene riempito e sigillato in fabbrica. Non richiede monitoraggio della pressione, riempimento e manutenzione relativa al gas per l'intera durata di progettazione di 30 anni. Il serbatoio stesso è tipicamente in acciaio inossidabile, garantendo una resistenza alla corrosione pari alla resistenza elettrica dell'apparecchiatura.

L'RMU senza SF₆ da 24 kV di COTENELE utilizza aria secca come mezzo isolante in un serbatoio di acciaio inossidabile sigillato a vita. Il progetto è stato testato secondo la norma IEC 62271-200 con resistenza al cortocircuito di 25 kA per quattro secondi e classificazione dell'arco interno IAC AFLR a 20 kA per un secondo. Il serbatoio esce dalla fabbrica sigillato e collaudato. Dal punto di vista dell'operatore non c'è nessun impianto gas da gestire.

L'isolamento solido offre un approccio alternativo eliminando completamente il gas. I conduttori sotto tensione e i contatti di commutazione sono incapsulati in resina epossidica. Non è presente alcun serbatoio del gas, nessun recipiente a pressione e nessuna possibilità di perdite di gas. Le RMU con isolamento solido sono intrinsecamente compatte e adatte ad ambienti difficili in cui umidità, sale o contaminanti presenti nell'aria metterebbero a dura prova i progetti con isolamento in gas o in aria. Il compromesso è che i moduli con isolamento solido sono generalmente meno flessibili quando è necessaria la riconfigurazione e comportano un costo unitario più elevato.

L'eredità di SF₆. Le tradizionali RMU riempite con SF₆ sono ancora ampiamente utilizzate, ma non sono più specificabili per le nuove installazioni nei mercati in cui si applicano il regolamento UE sui gas fluorurati o restrizioni equivalenti. Gli ingegneri dovrebbero verificare lo stato normativo del mercato di riferimento prima di includere le apparecchiature SF₆ in una specifica. Anche laddove l’SF₆ non è ancora vietato, specificare le apparecchiature SF₆ crea una responsabilità di conformità a lungo termine che molti proprietari di beni ora non sono disposti ad accettare.

Verificare i parametri nominali rispetto alle condizioni del sito

I valori nominali riportati sulla targa dati di una scheda tecnica RMU si basano su condizioni di riferimento standard. Le condizioni del sito spesso differiscono da questi riferimenti, a volte in modo sostanziale. Il compito dell'ingegnere è verificare che i valori nominali siano validi per l'effettivo ambiente di installazione.

La tensione nominale deve superare la tensione nominale del sistema, tenendo conto delle sovratensioni temporanee durante i guasti a terra o i transitori di commutazione. Per un sistema da 20 kV, è comune una RMU nominale da 24 kV. Per un sistema da 33 kV è richiesta una potenza nominale di 36 kV o 40,5 kV. Le tensioni di resistenza alla frequenza industriale e di resistenza agli impulsi di fulmine dovrebbero essere confermate rispetto allo studio di coordinamento dell'isolamento del progetto.

La corrente nominale per i moduli di alimentazione ad anello è normalmente 630 A, che soddisfa la corrente continua nella maggior parte degli anelli di distribuzione. I moduli di protezione del trasformatore hanno generalmente una potenza nominale di 200 A o inferiore, corrispondente alla potenza nominale del fusibile o all'impostazione dell'interruttore automatico. La valutazione deve essere valida all'altitudine del sito e alla temperatura ambiente massima. Se l'installazione è superiore a 1.000 metri o se la temperatura ambiente supera regolarmente i 40°C, si applicano fattori di declassamento e potrebbe essere necessario un valore nominale più elevato sulla targa per fornire la corrente continua richiesta.

La corrente di tenuta al cortocircuito è il parametro che influenza più direttamente la robustezza fisica dell'RMU. La valutazione, in genere 20 kA o 25 kA per quattro secondi, deve corrispondere o superare il livello di guasto calcolato nel punto di installazione. Uno studio di cortocircuito che utilizzi i dati di rete attuali e tenga conto delle previste aggiunte di generazioni future è l'unica base affidabile per specificare questo parametro. Sottospecificarlo crea un rischio di fallimento catastrofico. Specificarlo eccessivamente aggiunge costi inutili.

Comprendere la filosofia di manutenzione di ciascun progetto

I requisiti di manutenzione dell'RMU variano sostanzialmente in base alla progettazione e questa variazione ha implicazioni dirette sui costi operativi per i 30 anni di vita dell'apparecchiatura.

I serbatoi di gas sigillati a vita rappresentano lo standard moderno per le RMU senza SF₆. Il serbatoio viene riempito con aria secca o azoto in fabbrica, testato per eventuali perdite e sigillato in modo permanente. Non c'è il manometro del gas sul pannello frontale: non c'è niente da leggere. Non c'è una porta di ricarica: non c'è niente da riempire. Il manuale di manutenzione non contiene procedure relative al gas perché non ce ne sono. Per un operatore che gestisce una flotta di centinaia di RMU, eliminare la gestione del gas dal programma di manutenzione rappresenta un notevole risparmio operativo.

La sostituzione dei fusibili è l'attività di manutenzione più comune su una RMU e l'unica che dovrebbe essere richiesta durante il normale funzionamento di una moderna unità sigillata. Quando entra in funzione un fusibile di protezione del trasformatore, il collegamento del fusibile deve essere sostituito. La progettazione dovrebbe consentire che ciò avvenga in sicurezza, con i moduli ring feeder che rimangono in servizio mentre il modulo di protezione del trasformatore è isolato. Le procedure di sostituzione dei fusibili, i requisiti di accesso e la disponibilità di fusibili sostitutivi devono essere esaminati prima delle specifiche.

Durata dell'ampolla sotto vuoto. Nei progetti RMU che utilizzano ampolle in vuoto per la funzione di interruttore automatico o di interruzione del carico, che è la maggior parte delle RMU moderne, le ampolle sono sigillate a vita e non richiedono manutenzione. La resistenza meccanica del meccanismo operativo, generalmente valutata per migliaia di operazioni, determina l'intervallo in cui potrebbe essere necessaria l'ispezione o la revisione del meccanismo. Per la maggior parte delle applicazioni di distribuzione, dove le operazioni di commutazione sono poco frequenti, il meccanismo durerà più della vita installata dell'apparecchiatura.

Elenco di controllo della configurazione per scenari applicativi comuni

Applicazioni diverse richiedono configurazioni RMU diverse. Sebbene ogni progetto abbia requisiti unici, diversi modelli comuni fungono da utili punti di partenza.

Sottostazione di distribuzione urbana. Una configurazione tipica prevede tre moduli: due moduli alimentatore ad anello (sezionatori di carico) e un modulo di protezione del trasformatore (fusibile). Ciò fornisce la connessione ad anello e alimenta un trasformatore di distribuzione locale. In alcune reti viene utilizzata una configurazione a quattro moduli con un modulo di protezione del trasformatore aggiuntivo quando sono installati due trasformatori nello stesso sito.

Rete di collettori del parco eolico. I trasformatori delle turbine eoliche sono generalmente protetti da moduli con fusibili in RMU installati alla base di ciascuna turbina o in piccoli gruppi. Gli alimentatori ad anello RMU collegano più turbine in catena o ad anello alla sottostazione del collettore. La frequenza di commutazione può essere più elevata rispetto alla distribuzione urbana a causa dei cicli di avvio-arresto della turbina. Per gli elementi di commutazione sono preferibili ampolle sotto vuoto con elevata resistenza meccanica.

Edificio commerciale o data center. Laddove l'RMU fornisce un impianto con generazione in loco o doppia alimentazione di rete, potrebbe essere necessario un modulo accoppiatore bus per gestire l'interconnessione tra due fonti. I moduli di protezione del trasformatore con interruttori automatici anziché con fusibili sono talvolta preferiti per la loro capacità di ripristino remoto e per un coordinamento più semplice con la protezione a valle.

Infrastrutture critiche. Per ospedali, aeroporti e impianti industriali a processo continuo, le configurazioni RMU dovrebbero supportare il coordinamento selettivo e fornire la possibilità di isolare una sezione guasta senza interrompere la fornitura alle sezioni sane. La ridondanza nella configurazione dell'alimentatore ad anello, in modo tale che nessun singolo guasto del cavo interrompa l'intera alimentazione, dovrebbe essere progettata nella topologia ad anello, non solo nella specifica RMU.

Conformità agli standard e documentazione

La prova di tipo secondo IEC 62271-200 è il requisito minimo per le RMU nei mercati internazionali. Il programma di prove di tipo copre test dielettrici, aumento di temperatura, resistenza al cortocircuito, classificazione dell'arco interno e resistenza meccanica. Gli ingegneri dovrebbero richiedere i rapporti completi delle prove di tipo, non i certificati riepilogativi, e dovrebbero verificare che la configurazione testata corrisponda alla configurazione preventivata.

Oltre al test di tipo, il pacchetto di documentazione fa parte del prodotto. Rapporti di test di routine provenienti dalla fabbrica per ogni modulo. Una dichiarazione di conformità alle normative applicabili, incluso il regolamento UE sui gas fluorurati per le apparecchiature prive di SF₆. Un manuale di installazione e funzionamento che descrive accuratamente i requisiti di manutenzione, o la loro mancanza, per il progetto specifico.

COTENELE fornisce certificati di prova di tipo IEC 62271-200, rapporti di test di routine e un pacchetto di documentazione completo con ogni preventivo RMU. La documentazione è disponibile in fase di gara, consentendo ai consulenti tecnici e ai valutatori dei servizi pubblici di completare la loro revisione tecnica prima dell'aggiudicazione del contratto.

Conclusione

Selezionare una RMU significa riflettere sull'intera vita utile dell'apparecchiatura: dove verrà posizionata, cosa le verrà chiesto di fare, come verrà mantenuta e come potrebbe cambiare la rete attorno ad essa. La scelta giusta non è necessariamente quella con il prezzo di acquisto più basso. È quello che riduce al minimo il costo totale di proprietà nell'arco di tre decenni fornendo al contempo l'affidabilità, la sicurezza e la flessibilità operativa richieste dall'applicazione.

Per gli ingegneri che preparano una specifica RMU, la sequenza delle decisioni è chiara. Iniziare con l'ambiente dell'applicazione. Determinare le funzioni del modulo richieste. Selezionare una tecnologia di isolamento che soddisfi le normative ambientali attuali e prevedibili. Verificare le valutazioni rispetto alle condizioni del sito. Comprendere i requisiti di manutenzione del progetto scelto. Confermare che la documentazione e le prove di conformità siano disponibili prima che venga effettuato l'ordine.

COTENELE supporta questo processo con RMU senza SF₆ omologate e pronte per la produzione, configurate secondo lo schema unifilare del progetto. Il nostro team di tecnici è disponibile per esaminare i requisiti delle applicazioni, consigliare le configurazioni dei moduli e fornire pacchetti di documentazione completi per la presentazione delle offerte.

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COTENELE fornisce unità principali ad anello senza SF₆ da 24 kV con isolamento in aria secca, test di tipo IEC 62271-200 e pacchetti di documentazione completi. Disponibili configurazioni di moduli standard e personalizzati.

A proposito di COTENELE

COTENELE è un produttore specializzato di quadri di media tensione, compresi quadri isolati in gas ecologici senza SF₆, interruttori automatici in vuoto, unità principali ad anello e pannelli rivestiti in metallo per applicazioni da 12 kV a 40,5 kV. I nostri prodotti servono servizi pubblici, operatori di data center, sviluppatori di energia rinnovabile e acquirenti industriali in Europa, Asia e Medio Oriente. Ogni prodotto è testato secondo gli standard IEC applicabili, con la documentazione completa fornita per la presentazione delle offerte e la consegna del progetto.