ITMI991177A1 - Sottostazione per la trasmissione e distribuzione di energia elettrica per applicazione di alta e/o media tensione - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione è relativa ad una sottostazione per la trasmissione e distribuzione di energia elettrica in applicazioni di alta e/o media tensione, avente forma e caratteristiche migliorate.

Più in particolare, la presente invenzione è relativa ad una sottostazione elettrica a doppio sistema trifase di barre conduttrici che si distingue rispetto alle sottostazioni di tipo noto per la semplicità e compattezza della sua struttura realizzativa, risultando in tal modo ottimizzata nelle funzioni ed economicamente vantaggiosa.

E' noto dallo stato dell'arte che le sottostazioni elettriche con doppio sistema trifase di barre conduttrici prevedono l’impiego di due distinte terne di barre supportate da una struttura di sostegno, tipicamente un portale di supporto, ed elettricamente collegate ad una linea trifase di alimentazione. In particolare, ad ogni fase della linea di alimentazione sono collegate due barre di cui una prima barra appartenente ad una prima terna ed una seconda barra appartenente alla seconda terna. La sottostazione è inoltre dotata di uno o più trasformatori di potenza e/o di distribuzione e di una serie di componenti primari, quali ad esempio sezionatori, interruttori, trasformatori di misura, eccetera, e di componenti secondari, ad esempio protezioni di barra, di massima corrente, eccetera. Tali componenti primari e secondari permettono la realizzazione dei necessari collegamenti elettrici fra le varie parti della sottostazione e ne garantiscono il corretto funzionamento.

L'adozione di un doppio sistema trifase di barre conduttrici è particolarmente vantaggiosa poiché consente una elevata flessibilità ed affidabilità nelle applicazioni, permettendo, in particolare, di esercire un carico collegato alla sottostazione anche quando un sistema di barre è fuori servizio; inoltre, proprio in virtù della ridondanza del doppio sistema di barre conduttrici, è possibile eseguire le necessarie operazioni manutentive senza dover porre fuori servizio l'intera sottostazione.

Allo stato attuale della tecnica però, le architetture costruttive secondo cui le sottostazioni sono realizzate presentano alcuni inconvenienti.

In particolare, una tipica configurazione di sottostazione a doppio sistema trifase di barre prevede che le due terne di barre siano disposte parallele tra loro e allineate in un piano orizzontale; ne consegue che le varie apparecchiature collegate alle barre di una medesima fase devono essere posizionate distribuite lungo lo sviluppo longitudinale delle barre stesse. Ciò comporta un considerevole aumento degli ingombri e delle dimensioni complessive della sottostazione, con conseguente impatto negativo sui costi di installazione e sull'impatto ambientale.

Da non trascurare è poi il fatto che l'elevato numero di componenti primari impiegati nelle sottostazioni di tipo noto contribuisce di per sé ad aumentare gli ingombri e i costi della sottostazione stessa. Inoltre, essendo tali componenti solitamente elementi singoli indipendenti, si ha che le relative necessità di manutenzione sono complessivamente gravose.

Compito precipuo della presente invenzione è quello di realizzare una sottostazione per la trasmissione e distribuzione dell'energia elettrica in applicazioni di alta e/o media tensione che abbia una struttura compatta e di dimensioni ridotte,,in modo da diminuire significativamente gli ingombri richiesti rispetto alle sottostazioni di tipo noto.

Nell'ambito di questo compito, uno scopo della presente invenzione è quello di realizzare una sottostazione per la trasmissione e distribuzione dell'energia elettrica in applicazioni di alta e/o media tensione, che abbia una architettura costruttiva tale da consentire una riduzione dell'impatto visivo ambientale e dei costi di installazione.

Un altro scopo della presente invenzione è quello di realizzare una sottostazione per la trasmissione e distribuzione dell'energia elettrica in applicazioni di alta e/o media tensione, che consenta di ottimizzare l'esecuzione delle manovre elettriche e di aumentare la flessibilità nelle applicazioni rispetto alle sottostazioni di tipo noto.

Ancora un altro scopo della presente invenzione è quello di realizzare una sottostazione per la trasmissione e distribuzione dell'energia elettrica in applicazioni di alta e/o media tensione, che permetta di ridurre le esigenze di manutenzione rispetto alle sottostazioni di tipo noto.

Non ultimo scopo della presente invenzione è quello di realizzare una sottostazione per la trasmissione e distribuzione dell'energia elettrica in applicazioni di alta e/o media tensione che sia di elevata affidabilità, di relativamente facile realizzazione ed a costi competitivi.

Questo compito, nonché questi ed altri scopi che meglio appariranno in seguito, sono raggiunti da una sottostazione per la trasmissione e distribuzione di energia elettrica in applicazioni -di alta e/o media tensione, detta sottostazione essendo collegata ad una linea di alimentazione trifase, caratterizzata dal fatto di comprendere:

- una prima ed una seconda terna di barre conduttrici disposte allineate tra loro in un piano sostanzialmente verticale; e

- per ogni fase della linea di alimentazione, una prima ed una seconda apparecchiatura di interruzione e sezionamento e comprendenti un involucro contenente una unità di interruzione avente un contatto fisso e un contatto mobile, e una unità di sezionamento comprendente un primo, un secondo ed un terzo contatto fisso connessi a corrispondenti terminali di collegamento, ed un primo, un secondo ed un terzo contatto mobile accoppiabili ai corrispondenti contatti fissi, detta prima e seconda apparecchiatura di interruzione e·sezionamento essendo disposte contrapposte tra loro in posizione sostanzialmente simmetrica rispetto a detto piano sostanzialmente verticale ed elettricamente collegate ad una prima e ad una seconda barra conduttrice appartenenti rispettivamente a detta prima e a detta seconda terna di barre conduttrici.

La sottostazione secondo l'invenzione presenta quindi una configurazione ottimizzata in cui gli ingombri richiesti e le dimensioni complessive sono notevolmente ridotti rispetto alle sottostazioni di tipo noto.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione risulteranno maggiormente dalla descrizione di forme di realizzazione preferite, ma non esclusive, della sottostazione secondo l'invenzione, illustrate a titolo indicativo e non limitativo negli uniti disegni, in cui:

la figura 1 è una vista frontale illustrante schematicamente una prima possibile configurazione di collegamento tra due terne di barre conduttrici e una pluralità di apparecchiature /di interruzione e sezionamento impiegate nella sottostazione secondo l'invenzione;<'>

la figura 2 è una vista frontale illustrante schematicamente .una seconda possibile configurazione di collegamento tra due terne di barre conduttrici e una pluralità di apparecchiature di interruzione e sezionamento impiegate nella sottostazione secondo l'invenzione;

la figura 3 è una vista dall’alto della sottostazione di figura 1; la figura 4 rappresenta-una possibile,forma realizzativa di un'apparecchiatura di interruzione e sezionamento impiegabile nella sottostazione secondo l’invenzione. ,

Con riferimento alle figure citate, la sottostazione elettrica secondo l'invenzione comprende due terne di barre conduttrici (LI, L2, L3), indicate complessivamente dai numeri<’ >di riferimento 200 e 300, rispettivamente.

Vantaggiosamente, nella sottostazione secondo l'invenzione, le<’ >due terne di barre conduttrici 200 e 300 sono disposte allineate tra loro in un piano sostanzialmente verticale 101 e sono elettricamente connesse con opportune apparecchiature di interruzione e sezionamento indicate complessivamente dal numero di riferimento 150, secondo le modalità che risulteranno più in dettagliò in seguito; tali-apparecchiature sono atte a garantire i necessari collegamenti tra una linea elettrica trifase, non illustrata nelle figure, da cui la sottostazione trae alimentazione, e le varie parti componenti la sottostazione stessa.

In particolare, per ciascuna fase dei-la linea di alimentazione è previsto l'impiego di due apparecchiature di interruzione e sezionamento 150, come illustrato schematicamente nelle figure 1-3; possibili forme realizzative di apparecchiature di interruzione e sezionamento 150, impiegabili nella sottostazione elettrica secondo l'invenzione, sono descritte nelle domande di brevetto italiano nr. MI98A002258 e nr. MI98A002259, la cui descrizione è qui da ritenersi inglobata per riferimento.

In particolare, come illustrato in dettaglio in figura 4, ciascuna apparecchiatura di interruzione e sezionamento 150 comprende un involucro 1 avente tre passanti di cui, un primo passante 40 alloggiente un primo terminale di collegamento 13, un secondo passante 41 alloggiente un secondò terminale di collegamento 11, ed un terzo passante 42 ospitante un terzo terminale di collegamento 2; tali terminali di collegamento permettono di realizzare i collegamenti elettrici in ingresso ed uscita alle apparecchiature 150. Nella forma di realizzazione illustrata in figura 4, il terzo passante 42 è posizionato, rispetto all'involucro 1, in modo da essere orientato dalla medesima parte del primo "e del secondo passante 40 e 41; in maniera del tutto equivalente, come illustrato nelle figure 1-3, il terzo passante 42 può essere posizionato orientato da parte opposta rispetto ai passanti 40 e 41.

All'interno dell'involucro 1, che contiene un fluido isolante, ad esempio un gas, sono posizionate una unità di·-interruzione 4 a cui è elettricamente connesso il terzo terminale di collegamento 2, ed una unità di sezionamento 5, atte a consentire le necessarie manovre elettriche, secondo le modalità che verranno descritte in seguito. In particolare, l’unità di interruzione 4 comprende una camera di interruzione 7 contenente un contatto fisso 10 ed un contatto mobile 9; a sua volta l'unità di sezionamento 5 comprende un primo contatto fisso 23, un secondo contatto fisso 21 ed un terzo contatto fisso 24 connessi ciascuno ad un corrispondente terminale di collegamento, rispettivamente 13, 11 e 2, ed un primo contatto mobile 33, un secondo contatto mobile 31 ed un terzo contatto mobile 34 accoppiabili ai corrispondenti contatti fissi. Inoltre, l'unità di sezionamento 5 comprende un quarto contatto fisso 22 a potenziale di terra, accoppiabile con un corrispondente quarto contatto mobile 32, ed un quinto contatto fisso a potenziale di terra, non illustrato nelle figure, posto in vicinanza di detto terzo contatto mobile 34 e ad esso elettricamente accoppiabile .

Nella forma di realizzazione della sottostazione secondo l'invenzione illustrata nelle figure 1-3, le due apparecchiature di interruzione e sezionamento 150 associate ad una stessa fase della linea di alimentazione, hanno entrambe un primo terminale di collegamento 13 connesso ad una prima barra (LI, o L2, o L3) appartenente alla prima terna 200, e un secondo terminale di collegamento 11 connesso ad una corrispondente seconda barra (Li, o L2, o L3) appartenente alla seconda terna 300. Il terzo terminale di collegamento 2 di ciascuna delle due apparecchiature di interruzione e sezionamento 150 è poi connesso, rispettivamente, in ingresso con la fase della linea di alimentazione per una prima apparecchiatura 150, e in uscita con un trasformatore di potenza o con una seconda linea di alimentazione, non illustrati nelle figure, per quanto riguarda la seconda apparecchiatura 150. Come schematicamente illustrato nelle figure 1, 2 e 3, i collegamenti tra il terzo terminale 2 di una prima apparecchiatura di interruzione e sezionamento 150 e la fase della linea principale di alimentazione, θ tra il trasformatore di'potenza e/o di distribuzione (o una seconda linea di alimentazione) e il terzo terminale 2 della seconda apparecchiatura di interruzione e sezionamento 150, possono essere realizzati tramite l'impiego di cavi interrati 100; alternativamente i collegamenti possono essere realizzati tramite barre in aria secondo una soluzione ampiamente nota nella tecnica.

In questo modo ogni fase della linea di alimentazione è collegata a due barre conduttrici (LI, L2, L3) di cui una prima barra appartenente ad una prima terna 200 ed una seconda barra appartenente ad una seconda tem a 300; tra le due terne 200 e 300 si hanno quindi tre coppie di corrispondenti barre (Ll-Ll, L2-L2, L3-L3) aventi uguale fase tra loro.

In virtù dell'allineamento delle due terne di barre nel piano verticale 101, le apparecchiature di interruzione e sezionamento 150, che devono essere collegate a coppie con due diverse barre conduttrici, possono essere disposte contrapposte tra loro’in una posizione sostanzialmente simmetrica <‘>rispetto al piano verticale 101 stesso; ne consegue che gli ingombri necessari per tali connessioni sono notevolmente ridotti rispetto alle soluzioni di tipo noto, permettendo in tal modo.di avere una sottostazione di.dimensioni complessive decisamente ridotte.

Un altro significativo vantaggio della sottostazione secondo l'invenzione è dato dal fatto che i collegamenti tra.ciascuna barra conduttrice (Li, L2, L3) e i corrispondenti terminali di collegamento delle apparecchiature di interruzione e sezionamento 150 sono realizzati tramite un sistema di aste di collegamento 50. In particolare, ciascuna di tali aste 50 presenta, ad esempio, un corpo di forma tubolare realizzato in materiale conduttore avente un primo estremo connesso ad una barra conduttrice (LI, L2, L3) ed un secondo estremo connesso elettricamente al corrispondente terminale di collegamento e meccanicamente vincolato al passante che alloggia il terminale di collegamento stesso. Tali connessioni possono essere realizzate tramite opportune giunzioni o utilizzando opportuni morsetti realizzati in materiale conduttore; un esempio di morsetti impiegabili nella sottostazione secondo 1'invenzione e della realizzazione dei collégamenti asta-barra ed asta-passante sono descritti nella domanda di brevetto europeo nr. 98200212.3 la cui descrizione è da ritenersi qui inclusa per riferimento. Inoltre, le aste di collegamento 50 sono sagomate e dimensionate in modo tale da supportare strutturalmente le due terne di barre 200 e 300, mantenendo al contempo la necessaria distanza dielettrica tra due barre adiacenti.

In questo modo, le aste 50 agiscono contemporaneamente come elemento di collegaménto elettrico e come componente strutturale di supporto delle barre stesse; come illustrato in figura 1, con tale soluzione si ha quindi la possibilità di eliminare il portale di supporto delle barre, comunemente impiegato nelle sottostazioni di tipo noto, con conseguente beneficio sia dal punto di vista economico che per l'impatto visivo decisamente ridotto.

Alternativamente, qualora le esigenze applicative lo richiedano, si può avere una prima terna di barre 200 supportata dalle sole aste di collegamento 50, analogamente a quanto descritto precedentemente, ed utilizzare un portale di supporto 60 atto a coadiuvare le aste 50 nel supportare la seconda terna di barre 300, come illustrato in figura 2; in questo caso il collegamento portale-barre è realizzato tramite isolatori 61.

Ulteriori vantaggi della sottostazione secondo l'invenzione sono ravvisabili nell'impiego delle apparecchiature 150 che permettono di inglobare in un unico componente le funzioni di interruzione e sezionamento e di ottimizzare l'esecuzione delle manovre elettriche con una architettura realizzativa compatta ed efficace al tempo stesso. In particolare, come illustrato in figura 4, il contatto mobile 9 dell'unità di interruzione 4 è connesso ad un'asta di manovra 6 collegata a sua volta ad un dispositivo di comando e controllo indicato schematicamente in figura 3 dal numero di riferimento 62. Tale dispositivo di comando e controllo permette di operare l'unità di interruzione 4 e può essere costituito ad esempio da un comando meccanico, o idraulico, o oleopneumatico od elettrico; in particolare, possono essere utilizzati dispositivi di comando 62 per ciascuna fase oppure, secondo una forma preferita illustrata in figura 3, si ha un unico dispositivo di comando per tutte e tre le fasi di alimentazione. Preferibilmente, nella sottostazione secondo l'invenzione, il dispositivo di comando e controllo comprende un motore rotativo con sensore di posizione, ad esempio un servomotore rotativo con sensore di posizione. In questo caso il collegamento tra motore e contatto mobile avviene per mezzo di una coppia cinematica in grado di trasformare il movimento rotatorio dell’albero motore in movimento traslatorio del contatto mobile. Esempi di possibili forme realizzative di tale collegamento sono descritti nelle domande di brevetto italiane Nr. MI98A001102 e MI98A001730, le cui descrizioni sono da ritenersi incluse per riferimento.

A sua volta, l'unità di sezionamento 5 comprende inoltre un organo di manovra rotante, rappresentato ad esempio come illustrato in figura 4 da un albero rotante 8, movimentato da organi attuatori rappresentati schematicamente dall’unità 9; tali organi attuatori possono comprendere un motore elettrico opportunamente controllato, preferibilmente un servomotore.

L'impiego di un servomotore rende possibile il controllo preciso della posizione dell'organo di manovra e l'ottimizzazione sia dei tempi di esecuzione delle manovre di sezionamento e di interruzione che del consumo energetico da esse richiesto.

Nella forma realizzativa illustrata in figura 4, il primo contatto mobile 33, il secondo contatto mobile 31 ed il quarto contatto mobile 32 sono elettricamente connessi all'unità di interruzione 4 e sono costituiti ad esempio da lame con profilo a settore circolare calettate sull'albero 8 e ruotanti solidalmente con esso. Tali contatti sono posizionati in modo da accoppiarsi ciascuno con un corrispondente contatto fisso, rispettivamente 23, 21, 22; inoltre, essi sono fissati all'albero 8 con posizione angolare relativa tale che il contatto mobile 32 non possa essere accoppiato con il contatto fisso 22, quando il contatto mobile 31 e/o il contatto mobile 33 sono accoppiati ai corrispondenti contatti fissi 21 e 23.

La manovra di sezionamento relativa al lato di collegamento barre-apparecchiature 150 avviene impartendo una rotazione all’albero 8; conseguentemente i contatti mobili 31, 32 e 33 ad esso solidali andranno ad accoppiarsi/disaccoppiarsi con i rispettivi contatti fissi 21, 22, e 23 a seconda delle esigenze operative e con una elevata flessibilità pratica. Ad esempio, è possibile sezionare i collegamenti con entrambe le terne di barre, oppure in corrispondenza di una sola terna di barre mantenendo in funzionamento la seconda terna.

A sua volta, il terzo contatto mobile 34, che può. essere ad esempio del tipo a pistoncino o a cremagliera, è preferibilmente fissato sull'involucro della camera 7 ed è azionato da un opportuno sistema di movimentazione di tipo noto, non illustrato nelle figure. In questo modo, accoppiando-disaccoppiando il contatto mobile 34 con il terzo contatto fisso 24 0 con il quinto contatto fisso a potenziale di terra, è possibile effettuare il collegamento/sezionamento sul lato di connessione tra apparecchiatura 150 e trasformatore 104 e/o tra apparecchiatura 150 e fase della linea.

Inoltre, all’interno di ogni apparecchiatura 150 possono essere posizionati opportuni trasformatori di misura, ad esempio due trasformatori di corrente 16 e un trasformatore di tensione 17; in particolare, i trasformatori di corrente 16 possono essere posizionati alla base del primo passante 40 e del secondo passante 41, mentre il trasformatore di corrente 17 è posizionato alla base del terzo passante 42. In questo modo, inglobando 1 componenti primari all'interno delle apparecchiature di interruzione e sezionamento 150, si ottiene una sottostazione compatta e quindi ad ingombro ancor più ridotto rispetto alle sottostazioni di tipo noto; inoltre i necessari interventi di manutenzione sono decisamente ridotti. Secondo una ulteriore forma di realizzazione non illustrata nelle figure è possibile inglobare in un unico componente posto alla base di uno o più dei passanti le funzioni di misura di corrente e di tensione.

Secondo una particolare forma realizzativa, non illustrata nelle figure, l'organo di manovra dell'unità di sezionamento 5 è costituito dall'involucro della camera di interruzione 7. In questo caso i contatti mobili 31, 32, 33 e 34 dell'unità di sezionamento sono calettati sulla superficie esterna della camera di interruzione che può ruotare rispetto all'involucro 1 dell'apparecchiatura. Anche in questo caso, la movimentazio- . ne è impartita da organi attuatori comprendenti ad esempio un motore elettrico opportunamente controllato. Utilizzando questa soluzione tecnica, 1’apparecchiatura impiegata nella sottostazione secondo 1'invenzione è ancor più compatta in quanto lo spazio occupato dall'unità di sezionamento è distribuito all'interno dell'involucro 1 lungo la camera di interruzione<'>.

La sottostazione così concepita è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell’ambito del concetto inventivo; inoltre, tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti. Così ad esempio è possibile collegare ad una fase della linea il terzo terminale 2 di entrambe le apparecchiature 150 associate ad una stessa fase in modo da avere una sottostazione a due ingressi, come pure realizzare varie configurazioni e altri schemi di collegamento elettrico tra le varie parti componenti la sottostazione come illustrato in figura 3.

In pratica, i materiali, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi secondo le esigenze e lo stato della tecnica.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1. Sottostazione per la trasmissione e distribuzione di energia elettrica in applicazioni di alta e/o media tensione, detta sottostazione essendo collegati ad una linea di alimentazione trifase, caratterizzata dal fatto di comprendere: - una prima ed una seconda terna di barre conduttrici disposte allineate tra loro in un piano sostanzialmente verticale; e - per ogni fase della linea di alimentazione, una prima e una seconda apparecchiatura di interruzione e sezionamento comprendenti un involucro contenente,una unità di interruzione avente un contatto fisso e un contatto mobile, e una unità di sezionamento comprendente un.primo, un secondo ed μ<η >terzo contatto fissi connessi a corrispondenti terminali di collegamento, ed un primo, un secondo ed un terzo contatto mobile accoppiabili ai corrispondenti contatti fissi, detta prima e seconda apparecchiatura di interruzione e sezionamento essendo disposte contrapposte tra loro in posizione sostanzialmente simmetrica rispetto a detto piano sostanzialmente verticale ed elettricamente collegate ad una prima e ad una seconda barra conduttrice appartenenti rispettivamente a detta prima e a detta seconda terna di barre conduttrici.
2. 2. Sottostazione secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detta prima e seconda apparecchiatura di interruzione e sezionamento presentano entrambe un primo terminale di collegamento connesso elettricamente a detta prima barra conduttrice, ed un secondo terminale di' collegamento connesso elettricamente a detta seconda barra conduttrice.
3. 3. Sottostazione secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto di comprendere una pluralità di aste di collegamento atte a supportare strutturalmente dette prima e seconda terne di barre conduttrici, ciascuna di dette aste di collegamento essendo realizzata in materiale conduttore in modo da realizzare la connessione elettrica tra una barra conduttrice e il corrispondente terminale di collegamento.
4. 4. Sottostazione secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto di comprendere un portale di supporto atto a supportare detta seconda terna di barre.
5. 5. Sottostazione secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detta prima apparecchiatura di interruzione e sezionamento presenta un terzo terminale di collegamento connesso elettricamente ad una fase della linea di alimentazione e detta seconda apparecchiatura di interruzione e sezionamento presenta un terzo terminale di collegamento connesso elettricamente ad un trasformatore di potenza e/o distribuzione .
6. 6. Sottostazione secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detta unità di sezionamento comprende un organo di manovra rotante a cui sono solidalmente fissati detto primo e secondo contatto mobile, e che detto primo e secondo contatto fisso giacciono, rispettivamente, nel piano di rotazione di detto primo e secondo contatto mobile.
7. 7. Sottostazione secondo la rivendicazione 6, caratterizzata dal fatto che il terzo contatto mobile dell'unità di sezionamento è fissato sull'involucro della camera di interruzione di detta unità di interruzione.
8. 8. Sottostazione secondo la rivendicazione 7, caratterizzata dal fatto che detta unità di sezionamento comprende un quarto contatto mobile fissato solidalmente a detto organo di manovra rotante e un corrispondente quarto contatto fisso a potenziale di terra giacente nel piano di rotazione di detto.quarto contatto mobile, ed un quinto contatto fisso a poten-. ziale di terra accoppiabile con detto terzo contatto mobile.
9. 9. Sottostazione secondo la rivendicazione 6, caratterizzata dal fatto che detto organo dì manovra rotante è azionato da un motore elettrico. 10:. Sottostazione secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto di comprendere almeno un trasformatore di misura posizionato all'interno di ciascuna di detta prima e seconda apparecchiatura di interruzione e sezionamento.