Intelligente, compatto e affidabile: innovazioni nella progettazione di quadri e sottostazioni

Nov 16, 2023

I progetti nuovi ed emergenti di quadri si concentrano sulla digitalizzazione delle operazioni e sulla riduzione dell’ingombro delle sottostazioni. Una delle principali sfide affrontate dai servizi di trasmissione e distribuzione nell'espansione della rete sono i vincoli di precedenza (RoW). Per affrontare questo problema, le utilities stanno adottando sempre più nuove soluzioni tecnologiche. I quadri isolati in gas (GIS) vengono sempre più adottati dalle utility in quanto richiedono molto meno spazio rispetto ai quadri isolati in aria (AIS). Anche le sottostazioni ibride, che combinano GIS e AIS, offrono potenziali soluzioni per ridurre al minimo i requisiti di spazio. Oltre a ciò, sta guadagnando terreno l’uso di quadri digitali compatti, flessibili e affidabili, intelligenti e smart. Con il supporto dell’Internet delle cose (IoT), i quadri digitali consentono l’elaborazione dei dati che può essere utilizzata per rilevare in anticipo errori e malfunzionamenti, prevenendo così guasti del sistema e riducendo al minimo le perdite e i costi energetici.

GIS: Il GIS è essenzialmente compatto e incapsulato in metallo, costituito da apparecchiature ad alta tensione (HV) come interruttori automatici e sezionatori. Nelle sottostazioni GIS, tutti i componenti, comprese sbarre collettrici, interruttori automatici, trasformatori di corrente e potenziali trasformatori e altre apparecchiature della sottostazione, sono collocati all'interno di moduli riempiti con gas esafluoruro di zolfo SF6. Tradizionalmente, il GIS utilizza SF6 come mezzo isolante.

L'implementazione di sottostazioni GIS sta guadagnando importanza nei segmenti di trasmissione e distribuzione di energia dell'India per affrontare in modo efficace i vincoli di spazio. Le sottostazioni GIS richiedono circa il 35% di spazio in meno rispetto alle sottostazioni AIS, con conseguente riduzione dei costi di manutenzione e della frequenza delle interruzioni. Sebbene il costo iniziale delle sottostazioni GIS sia superiore di circa il 50% rispetto a quello delle loro controparti AIS, i costi di capitale complessivi sono comparabili.

Il GIS rappresenta un'alternativa interessante per le aree densamente popolate, con elevata affidabilità, ridotte esigenze di manutenzione e minore impatto ambientale. Le sottostazioni GIS possono essere installate sia all'interno che all'esterno. Sono affidabili per il servizio di media e bassa tensione e sono particolarmente utili per siti industriali, ospedali e società immobiliari dove lo spazio è limitato. Inoltre, grazie alle dimensioni ridotte delle sottostazioni GIS, sono adatte per aree ecologicamente sensibili poiché riducono al minimo l’impatto ambientale. Tuttavia, una delle preoccupazioni legate alla crescente diffusione dei GIS è l’uso estensivo dell’SF6 come mezzo isolante e di estinzione dell’arco. L’SF6 è stato classificato come gas serra ed è molto potente in termini di riscaldamento globale.

Quadri solidamente isolati: Nei quadri con isolamento solido (SIS), il circuito principale MT è generalmente incapsulato in materiali isolanti (come resina epossidica). Fondamentalmente non vi è alcuna differenza nel comportamento del SIS e dell'AIS. Inoltre non sono presenti parti sotto tensione visibili lungo il circuito principale. Tuttavia, il problema della variazione del campo elettrico si pone in condizioni ambientali difficili. La Shielded SIS (2 SIS) è una tecnologia più avanzata con tre strati concentrici: una parte sotto tensione (conduttore principale, inserto e ampolla in vuoto, che è permanentemente collegata alla rete ed è soggetta a variazioni di tensione), uno strato isolante che garantisce l'isolamento in tutte le condizioni operative, e uno strato conduttivo che garantisce la continuità elettrica e un efficace collegamento a terra. La tecnologia 2SIS offre diversi vantaggi come l'assenza di invecchiamento dell'infrastruttura, l'assenza di guasti trifase o bifase e l'assenza di effetti di arco interno.

Quadri ibridi: Le utility stanno adottando sempre più quadri ibridi, che combinano i componenti delle tecnologie AIS e SF6 GIS. Il design compatto e modulare è particolarmente utile per le sottostazioni che necessitano di rinnovamento e ampliamento e che attualmente utilizzano quadri AIS. I quadri ibridi sono particolarmente vantaggiosi nelle aree in cui il terreno è costoso o limitato. In una sottostazione ibrida, le sbarre sono isolate in aria e tutte le altre apparecchiature, come interruttori automatici, passanti, condotti sbarre, elementi di connessione, sezionatori, trasformatori di corrente e sensori, sono isolate in gas. Le sottostazioni ibride sono caratterizzate da un design modulare compatto, che combina una varietà di funzioni in un unico modulo. Il costo iniziale delle sottostazioni ibride è superiore di circa il 20% rispetto a quello dell’AIS e queste sottostazioni richiedono una quantità moderata di terreno.