Il quadro estraibile da 10 kV montato centralmente, rappresentato dal KYN28A-12, è diventato la scelta principale nei sistemi di distribuzione dell'energia. Questo articolo analizza la logica tecnica e il valore ingegneristico dei quadri montati centralmente da tre dimensioni: progettazione strutturale, interblocco di sicurezza e punti di selezione chiave.
La differenza fondamentale tra il quadro montato centralmente e le apparecchiature fisse tradizionali risiede nella sua armatura metallica, nel carrello montato centralmente e nel design strutturale indipendente a quattro scomparti. Prendendo come esempio il KYN28A-12, il cabinet è rigorosamente suddiviso in quattro scomparti indipendenti da divisori metallici:
Dotato di un carrello interruttore sotto vuoto (modelli comuni come VS1 e VD4), che può commutare tra le posizioni di lavoro, prova e ritirata. Il valore fondamentale del design in stile carretto risiede nella sua capacità di consentire lo spostamento dell'intero carrello dell'interruttore quando un circuito richiede manutenzione, senza compromettere il normale funzionamento degli altri armadi e riducendo significativamente i tempi di interruzione dell'alimentazione. L'interno è dotato di un sistema di interblocco meccanico completo, che garantisce la sicurezza operativa dal punto di vista fisico.
La sbarra principale utilizza sbarre in rame T2, supportate da isolatori, e presenta un design chiuso e indipendente. L'isolamento della cella sbarre è fondamentale: in caso di guasto sul lato sbarre, le partizioni metalliche impediscono efficacemente la diffusione di archi elettrici e gas ad alta temperatura verso altri compartimenti, evitando cortocircuiti fase-fase e espansione del guasto. L'elevata conduttività delle sbarre in rame T2 garantisce inoltre il controllo dell'aumento della temperatura in condizioni di corrente elevata.
Utilizzato per l'installazione di trasformatori di corrente, trasformatori a sequenza zero, interruttori di messa a terra, terminali di cavi, scaricatori di sovratensione e altri componenti. Il vano cavi offre ampio spazio, facilitando i cablaggi di cantiere e le successive manutenzioni e regolazioni. Questo design è particolarmente pratico per gli utenti industriali e gli impianti fotovoltaici che richiedono frequenti modifiche ai circuiti in uscita.
Questa stanza ospita componenti secondari come dispositivi di protezione basati su microprocessore, strumenti, interruttori di funzionamento e morsettiere. La sala strumenti è completamente isolata fisicamente dall'area primaria di media tensione, eliminando sostanzialmente il rischio di scosse elettriche per il personale di manutenzione che lavora sul lato secondario. Questa è una delle principali caratteristiche progettuali che rendono il quadro di media tensione più sicuro rispetto alle tradizionali apparecchiature fisse.
L'essenza dei quattro compartimenti indipendenti è l'isolamento dei guasti: un guasto in qualsiasi compartimento non influenzerà gli altri compartimenti, riducendo così al minimo l'impatto del guasto. Per scenari con elevati requisiti di produzione continua, come le industrie chimiche, metallurgiche e dei data center, questa caratteristica è direttamente correlata alla sicurezza della produzione e all'efficienza economica.
Il cattivo funzionamento dei quadri ad alta tensione può causare danni alle apparecchiature, lesioni personali e persino interruzioni di corrente su larga scala. Pertanto, l'"interblocco a cinque misure di prevenzione" è un requisito di sicurezza obbligatorio esplicitamente stabilito negli standard GB/T 3906 e DL/T 404. Le cosiddette “cinque prevenzioni” comprendono nello specifico:
1. Prevenzione del funzionamento del carrello dell'interruttore sotto carico - Quando l'interruttore è in posizione chiusa, il carrello non può entrare o uscire per evitare archi causati dall'inserimento o dallo scollegamento sotto carico;
2. Prevenzione dell'apertura e chiusura accidentale degli interruttori – Attraverso il controllo degli accessi operativi e l'interblocco meccanico, si impedisce al personale non autorizzato di azionare accidentalmente l'interruttore;
3. Prevenzione della chiusura dell'interruttore di terra mentre sotto tensione – L'interruttore di terra non può essere azionato quando l'interruttore non è aperto e il carrello non è stato riportato in posizione di prova;
4. Prevenzione di energizzazione dell'interruttore di terra mentre è chiuso – Quando l'interruttore di terra è in posizione chiuso, il carrello dell'interruttore non può essere spinto in posizione di lavoro per impedire la chiusura dell'interruttore con il filo di terra collegato;
5. Prevenzione dell'ingresso accidentale nei compartimenti sotto tensione – La porta dell'armadio è interbloccata con parti sotto tensione e la porta dell'armadio non può essere aperta quando l'apparecchiatura è sotto tensione.
I quadri centralizzati utilizzano tipicamente uno schema con interblocco meccanico come metodo principale e interblocco elettrico come metodo secondario. L'interblocco meccanico offre elevata affidabilità e non è influenzato da interruzioni di corrente, fungendo da base per le funzioni a cinque prove. L'interblocco elettrico, invece, viene utilizzato per ottenere un controllo logico più complesso, come il collegamento tra il carretto e l'interruttore di messa a terra e l'interblocco con segnali di protezione di livello superiore. La combinazione di entrambi forma una linea di difesa di sicurezza completa dall'inizio dell'operazione fino alla fine dell'esecuzione.
La scelta di un quadro di media tensione non è semplicemente una questione di accumulo di parametri, ma richiede la configurazione del sistema in base alle effettive condizioni operative. I seguenti punti meritano particolare attenzione:
Gli interruttori automatici in vuoto sono il componente principale dei quadri di media tensione. VS1 e VD4 sono attualmente i due modelli più utilizzati. VS1 è il modello tradizionale in Cina, che offre un elevato rapporto costo-efficacia e ampi pezzi di ricambio; VD4 è un modello ABB classico, con durata meccanica e prestazioni di interruzione superiori, adatto per applicazioni con funzionamento frequente e requisiti di elevata affidabilità. La selezione dovrebbe basarsi su una valutazione completa della corrente di interruzione nominale di cortocircuito (comunemente 25 kA, 31,5 kA, 40 kA) e della frequenza operativa.
Il rapporto di trasformazione e la classe di precisione dei trasformatori di corrente e dei trasformatori di corrente a sequenza zero devono essere selezionati ragionevolmente in base alla corrente operativa effettiva e ai requisiti di protezione. I circuiti di misurazione richiedono in genere una classe 0,2S, mentre i circuiti di protezione possono utilizzare una classe 0,5 o 10P. La configurazione del trasformatore di corrente a sequenza zero dipende dal fatto che il sistema richieda o meno una funzione di localizzazione dei guasti a terra a bassa corrente.
È necessario configurare un modello di interruttore di terra con capacità di chiusura in cortocircuito adeguata. Per i circuiti fotovoltaici collegati alla rete in cui può verificarsi l'alimentazione inversa, la corrente nominale di cortocircuito dell'interruttore di terra è particolarmente critica: determina se l'interruttore di terra può chiudersi in sicurezza senza saldature in caso di energizzazione accidentale.
Un dispositivo di protezione integrato basato su microprocessore è standard e fornisce funzioni di protezione da sovracorrente, intervento istantaneo, sequenza zero, sovratensione e sottotensione. Per i nuovi scenari di connessione alla rete energetica, dovrebbero essere prese in considerazione anche funzioni speciali come la protezione anti-islanding e la protezione dall’inversione di potenza. Il protocollo di comunicazione del dispositivo di protezione deve essere compatibile con il sistema di monitoraggio di livello superiore.
I quadri di media tensione standard sono adatti per ambienti generali con altitudini non superiori a 1000 metri e temperature ambiente comprese tra -10 ℃ e +40 ℃. Per le aree ad alta quota (ad esempio, sopra i 3.000 metri), regioni tropicali umide, aree gravemente inquinate o aree a bassa temperatura, è necessario selezionare configurazioni speciali appropriate, come ad alta quota o tipi tropicali umidi, per garantire le prestazioni di isolamento e la stabilità operativa dell'apparecchiatura in condizioni estreme.
I quadri di media tensione offrono configurazioni flessibili dell'armadio e possono essere liberamente combinati secondo lo schema di distribuzione dell'energia. I tipi di armadi comuni includono armadi della linea in entrata, armadi della linea in uscita, armadi PT, armadi di misurazione, armadi di sezionamento, armadi di isolamento, armadi di collegamento, armadi motore e armadi di trasformatori di stazione. Una tipica sala di distribuzione da 10 kV è solitamente costituita da armadi di linea in ingresso, armadi PT, armadi di misurazione, diversi armadi di linea in uscita e armadi di collegamento, che formano un unico schema di sezionamento delle sbarre collettrici o uno schema di collegamento a sbarre singole.
Dal punto di vista applicativo, i quadri di media tensione sono stati ampiamente utilizzati in:
Sistemi di distribuzione di energia elettrica da 10 kV per sottostazioni: fungono da nodi centrali per le reti elettriche urbane e l'alimentazione industriale;
Distribuzione dell'energia nelle officine di fabbrica: fornitura di energia elettrica affidabile per linee di produzione, compressori d'aria, pompe dell'acqua e altri carichi;
Industrie chimiche e farmaceutiche: esigenti in produzione continua ed estremamente sensibili all'affidabilità e alla sicurezza dell'alimentazione elettrica;
Imprese metallurgiche: sperimentando carichi di corrente e impatto elevati, che richiedono un'elevata capacità di interruzione delle apparecchiature;
Distribuzione dell'energia negli edifici: sale di distribuzione dell'energia principale in grattacieli e complessi commerciali;
Controllo e protezione motori a media tensione: controllo diretto o ad avviamento progressivo di pompe dell'acqua, ventilatori e compressori di grandi dimensioni;
Nuova connessione alla rete energetica: quadri di connessione 10kV per centrali fotovoltaiche distribuite e di accumulo di energia.
Intelligentizzazione, miniaturizzazione e tutela ambientale L'evoluzione tecnologica dei quadri di media tensione non si è fermata. Attualmente il settore si sta sviluppando in tre direzioni:
Intelligentizzazione. L'integrazione di sensori come il monitoraggio online della temperatura, il rilevamento delle scariche parziali e il monitoraggio delle caratteristiche meccaniche degli interruttori sta trasformando i quadri di media tensione da "manutenzione periodica" a "manutenzione basata sulle condizioni". Miniaturizzazione. Ottimizzando la struttura isolante e adottando materiali isolanti compositi, le dimensioni dell'armadio stanno gradualmente diminuendo, il che è significativo per le sottostazioni urbane e i data center dove le risorse territoriali sono scarse.
Rispetto dell'ambiente. Il gas SF6 è ampiamente utilizzato nei quadri isolati in gas (GIS) grazie alle sue eccellenti proprietà di isolamento, ma il suo potenziale di riscaldamento globale (GWP) è 23.500 volte quello della CO2. Con politiche ambientali sempre più rigorose, i quadri ecologici privi di SF6 stanno diventando un argomento di ricerca caldo nel settore, con tecnologie di isolamento dell'aria, isolamento sotto vuoto e isolamento dell'aria secca che si sviluppano in parallelo.
Il motivo fondamentale per cui i quadri di media tensione dominano il campo della distribuzione di energia a 10 kV è l'elevato grado di corrispondenza tra la progettazione strutturale e i requisiti ingegneristici: quattro compartimenti indipendenti garantiscono l'isolamento dei guasti, la struttura a carretto garantisce un funzionamento e una manutenzione convenienti e l'interblocco a cinque prove rafforza la linea di base di sicurezza. Con l'approfondimento della costruzione di nuovi sistemi di alimentazione, i quadri di media tensione manterranno la loro posizione dominante per un periodo considerevole e continueranno ad evolversi verso l'intelligenza, la miniaturizzazione e il rispetto dell'ambiente. Per i produttori di apparecchiature, comprendere la logica tecnica dei quadri di media tensione e cogliere le tendenze evolutive del settore sono essenziali per mantenere un atteggiamento proattivo nello sviluppo del prodotto e nella concorrenza sul mercato.
Junray elettricosi concentra da tempo sulla ricerca, sviluppo e produzione di quadri di alta e bassa tensione. La serie KYN28A-12 di quadri di media tensione copre una gamma completa di valori di corrente da 630 A a 4.000 A e un potere di interruzione completo da 25 kA a 40 kA, supportando configurazioni personalizzate e ampiamente adattabili a vari scenari come reti elettriche, industria e nuove energie.
