La sottostazione Adélard-Godbout di Old Montreal è la più antica sottostazione del Canada, in servizio continuo dal 1901. Ha una facciata in mattoni di argilla con ornamenti in pietra grigia, per fondersi nel suo ambiente del centro.
Sottostazione in un edificio simile a un castello del 1910, serve come punto di distribuzione vicino alla diga di Lésna, una delle numerose stazioni idroelettriche sul fiume Bóbr.,
Torre di distribuzione da 15 kV/400 V in Polonia
Elementi di una sottostazioneedit
Le sottostazioni hanno generalmente apparecchiature di commutazione, protezione e controllo e trasformatori. In una grande sottostazione, gli interruttori automatici vengono utilizzati per interrompere eventuali cortocircuiti o correnti di sovraccarico che possono verificarsi sulla rete. Le stazioni di distribuzione più piccole possono utilizzare interruttori automatici o fusibili per la protezione dei circuiti di distribuzione., Le sottostazioni stesse di solito non hanno generatori, sebbene una centrale elettrica possa avere una sottostazione nelle vicinanze. Altri dispositivi come condensatori, regolatori di tensione e reattori possono anche essere situati in una sottostazione.
Le sottostazioni possono trovarsi in superficie in recinti recintati, sotterranei o situati in edifici speciali. I grattacieli possono avere diverse sottostazioni interne. Le sottostazioni interne si trovano solitamente nelle aree urbane per ridurre il rumore dei trasformatori, per ragioni di aspetto, o per proteggere i quadri da condizioni climatiche estreme o di inquinamento.,
Deve essere progettato un sistema di messa a terra (messa a terra). L’aumento totale del potenziale di terra e i gradienti di potenziale durante un guasto (chiamati potenziali di tocco e passo), devono essere calcolati per proteggere i passanti durante un cortocircuito nel sistema di trasmissione. I guasti di terra in una sottostazione possono causare un aumento potenziale del terreno. Le correnti che scorrono sulla superficie terrestre durante un guasto possono far sì che gli oggetti metallici abbiano una tensione significativamente diversa rispetto al suolo sotto i piedi di una persona; questo potenziale tattile presenta un rischio di elettrocuzione., Quando una sottostazione ha una recinzione metallica, deve essere adeguatamente messa a terra per proteggere le persone da questo pericolo.
I problemi principali che un ingegnere di potenza deve affrontare sono l’affidabilità e il costo. Un buon design tenta di trovare un equilibrio tra questi due, per ottenere affidabilità senza costi eccessivi. Il design dovrebbe anche consentire l’espansione della stazione, quando richiesto.
Location selectionEdit
La selezione della posizione di una sottostazione deve considerare molti fattori., È necessaria una superficie sufficiente per l’installazione di apparecchiature con spazi necessari per la sicurezza elettrica e per l’accesso per mantenere apparecchi di grandi dimensioni come i trasformatori.
Dove la terra è costosa, come nelle aree urbane, i quadri isolati a gas possono risparmiare denaro nel complesso. Le sottostazioni situate nelle zone costiere colpite da inondazioni e tempeste tropicali possono spesso richiedere una struttura elevata per mantenere le apparecchiature sensibili alle sovratensioni indurite contro questi elementi. Il sito deve avere spazio per l’espansione a causa della crescita del carico o delle aggiunte di trasmissione pianificate., Devono essere considerati gli effetti ambientali della sottostazione, come il drenaggio, il rumore e gli effetti del traffico stradale.
Il sito della sottostazione deve essere ragionevolmente centrale per l’area di distribuzione da servire. Il sito deve essere protetto da intrusioni da parte dei passanti, sia per proteggere le persone da lesioni da scosse elettriche o archi, sia per proteggere l’impianto elettrico da malfunzionamenti dovuti a atti vandalici.
Design diagramsEdit
Sottostazione di Tottenham, situata in un parco selvaggio a nord di Londra.,
Il primo passo nella progettazione di un layout di sottostazione è la preparazione di un diagramma a una linea, che mostra in forma semplificata la disposizione di commutazione e protezione richiesta, nonché le linee di alimentazione in entrata e gli alimentatori o le linee di trasmissione in uscita. È una pratica usuale da molte utility elettriche per preparare diagrammi a una linea con elementi principali (linee, interruttori, interruttori, trasformatori) disposti sulla pagina in modo simile al modo in cui l’apparecchio sarebbe disposto nella stazione reale.,
In un progetto comune, le linee in entrata hanno un interruttore di disconnessione e un interruttore. In alcuni casi, le linee non avranno entrambi, con un interruttore o un interruttore essendo tutto ciò che è considerato necessario. Un interruttore di disconnessione viene utilizzato per fornire isolamento, poiché non può interrompere la corrente di carico. Un interruttore viene utilizzato come dispositivo di protezione per interrompere automaticamente le correnti di guasto e può essere utilizzato per accendere e spegnere i carichi o per interrompere una linea quando l’alimentazione scorre nella direzione “sbagliata”., Quando una grande corrente di guasto scorre attraverso l’interruttore, questo viene rilevato attraverso l’uso di trasformatori di corrente. La grandezza delle uscite del trasformatore di corrente può essere utilizzata per far scattare l’interruttore con conseguente disconnessione del carico fornito dall’interruzione del circuito dal punto di alimentazione. Ciò cerca di isolare il punto di guasto dal resto del sistema e consentire al resto del sistema di continuare a funzionare con un impatto minimo. Sia gli interruttori che gli interruttori possono essere azionati localmente (all’interno della sottostazione) o a distanza da un centro di controllo di supervisione.,
Con le linee di trasmissione aeree, la propagazione di fulmini e sovratensioni di commutazione può causare guasti di isolamento nelle apparecchiature delle sottostazioni. Gli scaricatori di sovratensione di ingresso della linea vengono utilizzati per proteggere di conseguenza le apparecchiature della sottostazione. Gli studi di coordinamento dell’isolamento sono condotti ampiamente per garantire che il guasto delle apparecchiature (e le interruzioni associate) sia minimo.
Una volta passati i componenti di commutazione, le linee di una data tensione si collegano a uno o più bus., Questi sono set di sbarre collettrici, di solito in multipli di tre, poiché la distribuzione di energia elettrica trifase è in gran parte universale in tutto il mondo.
La disposizione di interruttori, interruttori e autobus utilizzati influisce sul costo e sull’affidabilità della sottostazione. Per le sottostazioni importanti è possibile utilizzare un bus ad anello, un doppio bus o la cosiddetta configurazione “breaker and a half”, in modo che il guasto di un interruttore non interrompa l’alimentazione ad altri circuiti e in modo che parti della sottostazione possano essere diseccitate per la manutenzione e le riparazioni., Le sottostazioni che alimentano solo un singolo carico industriale possono avere disposizioni minime di commutazione, specialmente per piccole installazioni.
Questo diagramma a linea singola illustra il concetto di interruttore e mezzo spesso usato nei quadri elettrici.
Una volta stabiliti i bus per i vari livelli di tensione, i trasformatori possono essere collegati tra i livelli di tensione. Questi avranno di nuovo un interruttore, proprio come le linee di trasmissione, nel caso in cui un trasformatore abbia un guasto (comunemente chiamato “cortocircuito”).,
Insieme a questo, una sottostazione ha sempre circuiti di controllo necessari per comandare i vari interruttori di aprire in caso di guasto di qualche componente.
AutomationEdit
Le prime sottostazioni elettriche richiedevano la commutazione o la regolazione manuale delle apparecchiature e la raccolta manuale di dati per carico, consumo energetico ed eventi anormali., Con l’aumentare della complessità delle reti di distribuzione, è diventato economicamente necessario automatizzare la supervisione e il controllo delle sottostazioni da un punto centrale, per consentire un coordinamento generale in caso di emergenze e ridurre i costi operativi. I primi sforzi per sottostazioni di controllo remoto utilizzati cavi di comunicazione dedicati, spesso corrono accanto a circuiti di alimentazione. Power-line carrier, radio a microonde, cavi in fibra ottica e circuiti di telecomando cablati dedicati sono stati tutti applicati al controllo di supervisione e all’acquisizione dati (SCADA) per le sottostazioni., Lo sviluppo del microprocessore ha comportato un aumento esponenziale del numero di punti che potevano essere controllati e monitorati economicamente. Oggi, protocolli di comunicazione standardizzati come DNP3, IEC 61850 e Modbus, per elencarne alcuni, vengono utilizzati per consentire a più dispositivi elettronici intelligenti di comunicare tra loro e centri di controllo di supervisione. Il controllo automatico distribuito nelle sottostazioni è un elemento della cosiddetta smart grid.,
Isolamentomodifica
Interruttori, interruttori, trasformatori e altri apparecchi possono essere collegati tra loro da conduttori nudi isolati per aria infilati su strutture di supporto. Lo spazio aereo richiesto aumenta con la tensione di sistema e con la tensione di sovratensione del fulmine. Per le sottostazioni di distribuzione a media tensione, è possibile utilizzare dispositivi di commutazione chiusi in metallo e non esporre affatto conduttori in tensione. Per tensioni più elevate, l’interruttore a gas isolato riduce lo spazio richiesto intorno al bus dal vivo., Invece di conduttori nudi, bus e apparecchi sono costruiti in contenitori tubolari pressurizzati riempiti con gas esafluoruro di zolfo (SF6). Questo gas ha un valore isolante superiore all’aria, consentendo di ridurre le dimensioni dell’apparecchio. Oltre all’aria o al gas SF6, l’apparecchio utilizzerà altri materiali isolanti come olio per trasformatori, carta, porcellana e isolanti polimerici.
StructureEdit
Le strutture di sottostazione fuori terra includono palo in legno, torre metallica a traliccio e strutture metalliche tubolari, sebbene siano disponibili altre varianti., Dove lo spazio è abbondante e l’aspetto della stazione non è un fattore, torri reticolari in acciaio forniscono supporti a basso costo per linee di trasmissione e apparecchi. Le sottostazioni a basso profilo possono essere specificate nelle aree suburbane in cui l’aspetto è più critico. Le sottostazioni interne possono essere quadri isolati a gas (ad alte tensioni) o quadri chiusi in metallo o rivestiti in metallo a tensioni inferiori. Le sottostazioni interne urbane e suburbane possono essere rifinite all’esterno in modo da integrarsi con altri edifici della zona.,
Una sottostazione compatta è generalmente una sottostazione esterna costruita in un involucro metallico, in cui ogni elemento del materiale elettrico si trova molto vicino l’uno all’altro per creare un ingombro relativamente ridotto della sottostazione.