Introduzione degli apparecchi di commutazione

Il termine "quadro elettrico" si riferisce a un insieme completo di dispositivi di distribuzione dell'energia elettrica, costituiti da apparecchiature primarie e secondarie assemblate secondo uno schema predefinito, utilizzate principalmente per controllare e proteggere circuiti e apparecchiature. In base ai livelli di tensione delle linee in ingresso e in uscita, i quadri elettrici possono essere suddivisi in quadri elettrici ad alta tensione (fissi e su carrello) e quadri elettrici a bassa tensione (fissi e a cassetto).
La struttura dei quadri elettrici di alta tensione è sostanzialmente simile, e si suddivide principalmente in sala sbarre, sala interruttori, sala di controllo secondaria (sala strumenti) e sala di alimentazione. Generalmente, tra ogni locale è presente un isolamento in lamiera d'acciaio. I quadri elettrici di bassa tensione sono classificati principalmente in base al metodo di installazione dei componenti.

KYN28A-12, quadro elettrico blindato ad alta tensione per montaggio centrale.

Quadro elettrico fisso a bassa tensione GGD

Armadio di commutazione estraibile a bassa tensione MNS

KYN61-40.5 Quadro elettrico blindato rimovibile in involucro metallico.

Armadio di commutazione estraibile a bassa tensione GCK

I componenti interni includono: sbarra collettiva, interruttore automatico, relè convenzionale, dispositivo di protezione a relè integrato, strumento di misura, lama di isolamento, spia luminosa, lama di messa a terra, ecc.

1. Il quadro di ingresso è anche chiamato quadro di ricezione dell'energia. È un dispositivo utilizzato per ricevere energia elettrica dalla rete elettrica (dalla linea di ingresso alla sbarra collettiva). Generalmente è dotato di interruttori automatici, trasformatori di corrente (CT), trasformatori di tensione (PT), sezionatori e altri componenti.

2. I quadri di distribuzione sono anche chiamati quadri di alimentazione o quadri di distribuzione dell'energia. Si tratta di apparecchiature utilizzate per distribuire l'energia elettrica (dal bus a ciascuna linea di uscita) e sono generalmente dotati di interruttori automatici, trasformatori di corrente (CT), trasformatori di tensione (PT), sezionatori e altri componenti.

3. Collegamento in autobus
È anche chiamato quadro di distribuzione. Si tratta di un dispositivo utilizzato per collegare due sezioni di sbarre (da sbarra a sbarra). Il collegamento tra sbarre viene spesso utilizzato in sistemi a sbarra singola e a doppia sbarra per soddisfare i requisiti o le garanzie degli utenti nella scelta di diverse modalità operative. Consente la disconnessione selettiva del carico in caso di guasto.

4. L'armadio del trasformatore di tensione PT viene generalmente installato direttamente sulla sbarra collettiva per rilevare la tensione della sbarra e realizzare la funzione di protezione. Al suo interno vengono installati principalmente il trasformatore di tensione PT, il sezionatore, il fusibile e lo scaricatore di sovratensione, ecc.

5. L'armadio di isolamento viene utilizzato per isolare le sbarre collettrici a entrambe le estremità o per isolare le apparecchiature riceventi l'alimentazione dalle apparecchiature di alimentazione. Può fornire un punto terminale visibile per l'operatore, facilitando le operazioni di manutenzione e riparazione. Poiché l'armadio di isolamento non ha la capacità di interrompere e riattivare la corrente di carico, il carrello dell'armadio di isolamento non può essere spinto o tirato quando l'interruttore automatico corrispondente è chiuso. Nelle applicazioni generali, è necessario impostare un interblocco tra il contatto ausiliario dell'interruttore automatico e il carrello di isolamento per evitare manovre errate da parte dell'operatore.

6. L'armadio dei condensatori, detto anche armadio di compensazione, viene utilizzato per migliorare il fattore di potenza della rete elettrica o per la compensazione della potenza reattiva. I componenti principali sono gruppi di banchi di condensatori, circuiti di controllo di commutazione e fusibili collegati in parallelo. Protegge gli apparecchi elettrici. Generalmente installato in parallelo con l'armadio di ingresso, uno o più armadi dei condensatori possono funzionare in parallelo. Dopo aver scollegato l'armadio dei condensatori dalla rete elettrica, poiché il processo di scarica del banco di condensatori richiede del tempo, non è possibile toccare direttamente i componenti all'interno dell'armadio, in particolare il banco di condensatori; entro un certo periodo di tempo dopo l'interruzione dell'alimentazione (a seconda della capacità del banco di condensatori, ad esempio 1 minuto), non è consentito richiudere l'armadio per evitare danni da sovratensione ai condensatori. Quando si eseguono funzioni di controllo automatico, prestare attenzione alla corretta allocazione dei tempi di commutazione di ciascun gruppo di banchi di condensatori per evitare danni a un gruppo di condensatori mentre altri gruppi vengono accesi e spenti raramente.

7. Armadietto di misurazione

Utilizzati principalmente per la misurazione dell'energia elettrica (kWh), si dividono in alta e bassa tensione e sono generalmente dotati di interruttore di sezionamento, fusibile, trasformatore di corrente (CT), trasformatore di tensione (PT), contatore di energia attiva (contatore tradizionale o digitale), contatori di energia reattiva (contatore), relè e altre apparecchiature ausiliarie (come monitor di carico, ecc.).
8. Il quadro GIS, detto anche armadio elettrico combinato chiuso, è una combinazione chiusa di interruttori automatici, sezionatori, interruttori di terra, trasformatori di corrente (CT), trasformatori di tensione (PT), scaricatori di sovratensione, sbarre collettrici, ecc., racchiusi in un involucro metallico. Tra le fasi e la terra viene poi utilizzato un gas con buone proprietà isolanti e di estinzione dell'arco elettrico (generalmente esafluoruro di zolfo SF6), adatto per reti elettriche ad alta tensione e alta capacità, impiegato per la distribuzione e il controllo dell'energia.
9. Quando l'interruttore automatico funziona normalmente, si trova in stato chiuso (tranne che in applicazioni speciali) e il circuito è collegato. Durante le operazioni di controllo automatico o di protezione, l'interruttore automatico può essere azionato sotto il controllo del dispositivo di protezione completo per aprire o chiudere il circuito. L'interruttore automatico non solo può commutare la normale corrente di carico, ma può anche resistere a una corrente di cortocircuito per un certo periodo di tempo (diverse o addirittura decine di volte la normale corrente di lavoro), interrompere la corrente di cortocircuito e disconnettere i circuiti e le apparecchiature difettose. Pertanto, la funzione principale dell'interruttore automatico è quella di aprire e chiudere il circuito (inclusa l'apertura e la chiusura della corrente normale e l'interruzione della corrente di cortocircuito). Poiché durante il processo di apertura e chiusura del circuito si genera inevitabilmente un arco tra il contatto mobile e il contatto statico dell'interruttore automatico, al fine di proteggere i contatti, ridurre l'usura dei materiali di contatto e interrompere il circuito in modo affidabile, è necessario adottare misure per estinguere l'arco il prima possibile. Uno dei metodi consiste nell'utilizzare diversi mezzi di estinzione dell'arco per riempire i contatti dinamici e statici dell'interruttore. In base al mezzo di estinzione dell'arco utilizzato, gli interruttori possono essere suddivisi in: interruttori a olio (con maggiore o minore quantità di olio), interruttori a esafluoruro di zolfo (SF6), interruttori a vuoto, interruttori ad aria, ecc. L'apparecchiatura primaria principale nei quadri elettrici di alta e bassa tensione con cui entriamo spesso in contatto nei progetti è l'interruttore. Poiché i contatti mobili e statici dell'interruttore sono generalmente avvolti in un contenitore riempito con un mezzo di estinzione dell'arco, lo stato di apertura e chiusura dell'interruttore non può essere valutato direttamente, ma solitamente tramite dispositivi ausiliari (come indicatori di posizione di apertura e chiusura, ecc.).

10. Coltello da isolamento

Il dispositivo di isolamento (o interruttore di isolamento) permette di identificare la connessione o la disconnessione grazie a una frattura evidente. Viene utilizzato principalmente per isolare l'alimentazione ad alta tensione al fine di garantire la sicurezza delle linee e delle apparecchiature durante la manutenzione. La corrente che può essere disconnessa è molto bassa (di solito solo pochi ampere). Poiché non è dotato di un dispositivo speciale di estinzione dell'arco, non può essere utilizzato per interrompere contemporaneamente la corrente di guasto e la corrente di normale esercizio, e non è consentito effettuare operazioni di interruzione sotto carico.

11. Fusibile

Un fusibile è un semplice dispositivo elettrico di protezione dei circuiti. Il suo principio di funzionamento si basa sul fatto che, quando la corrente che lo attraversa raggiunge o supera un determinato valore per un certo periodo di tempo, il suo nucleo metallico si fonde e interrompe il circuito. Il suo principio di funzionamento è semplice, è facile da installare e generalmente non viene utilizzato da solo, ma principalmente in combinazione con altri dispositivi elettrici. Le principali caratteristiche di funzionamento sono: in primo luogo, la corrente deve raggiungere un certo valore, preimpostato in fabbrica e non modificabile; in secondo luogo, deve trascorrere un certo tempo dopo che la corrente ha raggiunto un determinato valore, anch'esso preimpostato dal produttore e non modificabile. Esistono tuttavia diverse tipologie, tra cui fusibili a intervento ritardato, a intervento rapido, a intervento ultrarapido, ecc.; in terzo luogo, il corpo del fusibile si danneggia dopo l'intervento e non può essere riutilizzato, ma deve essere sostituito; l'eventuale bruciatura del fusibile può essere rilevata dall'indicatore di fusibile o dall'aspetto della fusione. I fusibili e i tubi di protezione comunemente utilizzati appartengono a questa categoria di dispositivi elettrici.

12. Interruttore di carico
L'interruttore di carico è dotato di un semplice dispositivo di estinzione dell'arco. Il mezzo di estinzione dell'arco è generalmente l'aria, che può interrompere determinate correnti e sovracorrenti, ma non può interrompere le correnti di cortocircuito e non può essere utilizzato per interrompere i guasti da cortocircuito. Pertanto, è assolutamente vietato utilizzare un semplice interruttore di carico in sostituzione di un interruttore automatico; se si intende utilizzare un interruttore di carico, questo deve essere impiegato in combinazione con il fusibile ad alta tensione menzionato in precedenza (in realtà, fusibile e interruttore di carico vengono spesso utilizzati in serie per una semplice protezione da sovraccarico, al fine di ridurre i costi del progetto). L'interruttore di carico è simile a un sezionatore, con un evidente punto di interruzione che permette di capire facilmente se il circuito è acceso o spento.

13. Trasformatore

In parole semplici, un trasformatore è un dispositivo che utilizza campi elettromagnetici alternati per convertire diversi livelli di tensione (in realtà, convertire energia elettrica), e la tensione prima e dopo la conversione non cambia in frequenza. A seconda del suo utilizzo, può essere suddiviso in molti tipi, come trasformatori di potenza, trasformatori raddrizzatori, regolatori di tensione, trasformatori di isolamento, trasformatori di corrente (CT), trasformatori di tensione (PT), ecc. Ciò che più spesso incontriamo in un cantiere è un trasformatore di potenza.
Alcuni dei principali parametri tecnici relativi al trasformatore includono: ① Potenza nominale: si riferisce alla potenza nominale di uscita del trasformatore in condizioni operative nominali (pari a U×I, in kVA); ② Tensione nominale: a vuoto, tensione di presa nominale, tensione ai morsetti; ③ Perdita a vuoto: in condizioni di vuoto, la perdita del trasformatore (detta anche perdita nel ferro); ④ Corrente a vuoto: in condizioni di vuoto, la corrente che scorre attraverso l'avvolgimento del lato primario; ⑤ Perdita di cortocircuito: la perdita causata dalla corrente nominale sul lato primario e dal cortocircuito sul lato secondario (causata principalmente dalla resistenza dell'avvolgimento); ⑥ Il concetto di presa (tap): per soddisfare le esigenze di funzionamento della rete elettrica, il lato ad alta tensione del trasformatore in genere presenta delle prese, e i valori di tensione di queste prese sono espressi come percentuale della tensione nominale, la cosiddetta tensione di presa. Ad esempio, un trasformatore ad alta tensione da 10 kV ha una presa di ±5%, il che significa che il trasformatore può funzionare a tre livelli di tensione: 10,5 kV (+5%), 10 kV (nominale), 9,5 kV (-5%). In generale, il numero di prese (punti di presa) del trasformatore con presa sotto carico è maggiore, ad esempio 7 prese (±3×2,5%) e 9 prese (±4×2%). Poiché la commutazione sincrona del commutatore di prese non può essere completamente garantita, i trasformatori con presa sotto carico generalmente non possono funzionare in parallelo. ⑦ Carico attivo: il carico che genera energia meccanica o energia termica nel sistema di alimentazione. Tuttavia, il carico puramente resistivo consuma solo potenza attiva, come il riscaldamento elettrico, la fornace elettrica, l'illuminazione e altri carichi elettrici che sono carichi completamente attivi. Il carico dei motori asincroni e sincroni consuma sia potenza attiva che potenza reattiva. Tra questi, la parte che genera energia meccanica tramite lavoro è un carico attivo. Il carico attivo deve essere alimentato dalla potenza attiva del generatore. ⑧Carico di potenza reattiva: la parte del carico elettrico che non compie lavoro. La potenza reattiva viene consumata solo nei carichi induttivi. Ad esempio: trasformatori, motori, condizionatori d'aria, frigoriferi, ecc. Quindi, mentre il generatore eroga potenza attiva, deve anche fornire potenza reattiva. Quando la potenza reattiva non è sufficiente a soddisfare la rete, la tensione del sistema diminuirà. Per soddisfare le esigenze degli utenti, è necessario installare un compensatore di potenza reattiva nella sottostazione per mantenere l'equilibrio della potenza reattiva in modo che il livello di tensione possa essere mantenuto. ⑨Riserva di emergenza: una delle componenti della capacità di riserva nel sistema elettrico. Poiché le apparecchiature di generazione di energia possono subire guasti temporanei o permanenti che influiscono sull'alimentazione elettrica, il sistema deve essere dotato di un certo numero di fonti di alimentazione di emergenza per garantire la sicurezza degli impianti elettrici. ⑩Smontaggio del sistema: Per evitare che il sistema perda sincronismo e che si verifichino incidenti, il sistema di alimentazione verrà completamente scomposto in diversi sistemi indipendenti che non funzioneranno più in modo sincrono. Alcuni sistemi locali potrebbero subire una carenza di potenza dopo lo scarico del carico, con conseguenti cali di frequenza e tensione; pertanto, è necessario rimuovere parte del carico per evitare di compromettere la stabilità dell'intero sistema.