ITMI20000570A1

ITMI20000570A1 - Apparecchiatura di interruzione e sezionamento isolata in gas

Info

Publication number: ITMI20000570A1
Application number: IT2000MI000570A
Authority: IT
Inventors: Costante Piazza; Giuliano Guerra; Carlo Granata
Original assignee: Abb Ricerca Spa
Priority date: 2000-03-17
Filing date: 2000-03-17
Publication date: 2001-09-17
Also published as: ITMI20000570A0; WO2001069742A1; EP1281223B1; AU5619801A; EP1281223A1; IT1316811B1

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione è relativa ad una apparecchiatura di interruzione e sezionamento isolata in gas per applicazioni di alta e media tensione, avente funzioni e caratteristiche migliorate. Con la definizione di apparecchiatura per alta e media tensione è da intendersi una apparecchiatura per applicazioni con tensione di esercizio superiore a 1000 Volt.

In particolare, l'apparecchiatura secondo l'invenzione, grazie alla sua struttura innovativa, permette di ottimizzare l'esecuzione delle manovre elettriche richieste, secondo una soluzione semplice, efficace e compatta al tempo stesso,

E' noto dallo stato dell'arte che nelle apparecchiature di interruzione e sezionamento isolate in gas, le manovre elettriche, sia di interruzione che di sezionamento, sono realizzate attraverso la traslazione di uno o più contatti mobili che si possono accoppiare/disaccoppiare con corrispondenti contatti fissi. Un significativo inconveniente delle apparecchiature di tipo noto è dato dal fatto che per effettuare le varie manovre, ad esempio di sezionamento sulla linea in arrivo, o sulla linea in uscita, vengono usati dei componenti<'>dedicati, strutturalmente separati e distinti tra loro; in tal modo, il numero di componenti utilizzati per implementare le varie manovre è elevato e comporta un aumento degli ingombri e del volume totale dell'apparecchiatura, con conseguente aggravio in termini di costi.

Inoltre, la movimentazione dei contatti avviene utilizzando dispositivi di comando, comprendenti generalmente attuatori di tipo meccanico o idraulico, che necessitano di cinematismi complessi per la trasmissione del moto al contatto mobile. In particolare, la manovra di sezionamento richiede la movimentazione coordinata di uno o più contatti mobili in modo che l’apertura/chiusura dei contatti di sezionamento avvenga secondo la sequenza desiderata. Ciò normalmente richiede complicati meccanismi di accoppiamento e/o complicati sistemi di comando e controllo, soprattutto quando il sezionamento avviene su sistemi a più barre. Data la complessità meccanica degli organi di movimentazione e l'elevato numero di componenti utilizzati, sono necessari numerosi interventi di manutenzione per mantenere inalterato il comportamento nominale e garantire la ripetibilità delle prestazioni.

Tale complessità strutturale ha un impatto ancor più negativo quando le varie apparecchiature di interruzione e sezionamento sono utilizzate nella realizzazione di sottostazioni. In tali situazioni infatti, e secondo una soluzione di tipo più tradizionale, è necessario utilizzare un elevato numero di componenti indipendenti tra loro, persino per la realizzazione di una configurazione minima; ne .consegue che le sottostazioni risultano insoddisfacenti nell'impiego pratico principalmente a causa dell’elevato costo, degli ingombri richiesti e della necessità di frequenti interventi di manutenzione. Inoltre, tali sottostazioni non hanno una struttura di tipo modulare che le renda opportunamente flessibili nelle applicazioni e facilmente implementabili in funzione delle svariate esigenze applicative.

Sono inoltre note alcune apparecchiature di interruzione e sezionamento che permettono di ovviare ad alcuni degli inconvenienti precedentemente citati; un esempio in tal senso è descritto nel brevetto statunitense US 5.796.060.

Compito precipuo della presente invenzione è quello di realizzare una apparecchiatura di interruzione e sezionamento isolata in gas per applicazioni di alta e media tensione che sia in grado di integrare le funzioni che, allo stato attuale dell'arte, vengono svolte da più componenti strutturalmente distinti tra loro, con una struttura realizzativa particolarmente compatta e di dimensioni ridotte, in modo da diminuire significativamente gli ingombri richiesti.

Nell'ambito di questo compito, uno scopo dalla presente invenzione è quello di realizzare una apparecchiatura di interruzione e sezionamento isolata in gas per applicazioni di alta e media tensione che consenta una elevata flessibilità e semplicità nella esecuzione delle manovre elettriche richieste.

Un altro scopo della presente invenzione è quello di realizzare una apparecchiatura di interruzione e sezionamento isolata in gas per applicazioni di alta e media tensione che sia di ridotta complessità meccanica.

Ancora un altro scopo della presente invenzione è quello di realizzare una apparecchiatura di interruzione e sezionamento isolata in gas per applicazioni di alta e media tensione che si presti in modo semplice alla realizzazione di diverse configurazioni applicative, in particolare per 1 ’implementazione di sottostazioni a semplice e/o a doppio sistema di barre conduttrici.

Non ultimo scopo della presente invenzione è quello di realizzare una apparecchiatura di interruzione e sezionamento isolata in gas per applicazioni di alta e 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, vengono raggiunti da una apparecchiatura di interruzione e sezionamento isolata in gas, caratterizzata dal fatto di comprendere:

un involucro alloggiante almeno un primo ed un secondo terminale di collegamento;

una unità di interruzione elettricamente connessa al primo terminale e comprendente una camera di interruzione ospitante un contatto fisso ed un contatto mobile operativamente asservito a primi mezzi di attuazione;

una unità di sezionamento, comprendente almeno un primo contatto fisso collegato elettricamente all'unità di interruzione, un secondo contatto fisso collegato al secondo terminale, un terzo contatto fisso a potenziale di terra, ed almeno un primo contatto mobile accoppiabile ad almeno uno di detti contatti fissi, detto primo contatto mobile essendo fissato a secondi mezzi di attuazione rotanti e ruotando solidalmente con essi, l'asse di rotazione di detti secondi mezzi di attuazione essendo sostanzialmente perpendicolare all'asse longitudinale di detta camera di interruzione, e dal fatto che uno o più di detti primi e/o secondi mezzi di attuazione comprendono un motore con controllo di posizione.

L'apparecchiatura secondo l'invenzione può essere sia del tipo a fasi segregate che a fasi unite, sia per semplice sistema di sbarre che per sistema di sbarre multiplo, sia a comando unipolare che tripolare.

L'apparecchiatura secondo l’invenzione presenta quindi una struttura estremamente compatta che integra in un unico volume sia gli organi di interruzione che quelli di sezionamento, secondo una soluzione che permette comunque di eseguire le manovre elettriche richieste in modo semplice ed efficace.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi risulteranno maggiormente dalla descrizione di alcune forme di realizzazione, preferite ma non esclusive, di una apparecchiatura di interruzione e sezionamento secondo l’invenzione illustrata a titolo indicativo e non limitativo negli uniti disegni, in cui: la figura 1 illustra, in vista in sezione, una prima forma di realizzazione di una apparecchiatura di interruzione e sezionamento secondo l'invenzione;

la figura 2 illustra, in vista in sezione, una seconda forma di realizzazione di una apparecchiatura di interruzione e sezionamento secondo 1 ’invenzione;

le figure 3a-3c illustrano schematicamente alcune possibili manovre elettriche eseguibili con l'apparecchiatura di figura 1;

le figure 4a-4f illustrano schematicamente alcune possibili manovre elettriche eseguibili con l'apparecchiatura di figura 2.

Con riferimento alla fig. 1, l'apparecchiatura di interruzione e sezionamento secondo l'invenzione, indicata complessivamente dal numero di riferimento 100, comprende un involucro 1 alloggiente almeno un primo terminale di collegamento 2, ed un secondo terminale di collegamento 3; ad esempio, tali terminali possono essere collegati elettricamente ad una fase di una linea di alimentazione e ad un carico, quale un trasformatore di potenza. All'interno dell’involucro 1 che contiene un gas isolante, sono inoltre posizionate una unità di interruzione 4 ed una unità di sezionamento 5.

L’unità di interruzione 4, che è elettricamente connessa al primo terminale 2, ad esempio tramite una connessione elettrica 8, comprende una camera di interruzione ospitante un contatto fisso 6 ed un contatto mobile 7 operativamente asservito a primi mezzi di attuazione. Vantaggiosamente, i primi mezzi di attuazione comprendono un motore elettrico 9 con controllo di posizione, preferibilmente un servomotore rotativo. In questo caso, il contatto mobile 7 à operativamente collegato al motore 9 tramite un'asta di manovra 10 ed un meccanismo cinematico atto a trasformare la rotazione dell'albero del motore in una traslazione del contatto mobile 7 lungo l'asse longitudinale 11 della camera di interruzione.

L'unità di sezionamento 5 comprende almeno un primo contatto fisso 21 collegato al terminale elettrico 3, un secondo contatto fisso 22 elettricamente collegato all'unità di interruzione 4, ed un terzo contatto fisso 23 posto a potenziale di terra. Nella forma realizzativa illustrata in figura 1, il contatto fisso 23 è collegato all'involucro 1 posto a potenziale di terra e giace nel medesimo piano in cui si trovano i contatti fissi 21 e 22. Inoltre, l'unità di sezionamento 5 comprende almeno un primo contatto mobile 24, operativamente collegato a secondi mezzi di attuazione rotanti e rotante con essi, in modo da potersi accoppiare ad almeno uno dei contatti fissi 21, 22 e 23.

Vantaggiosamente, nella forma di realizzazione illustrata in figura 1, i secondi mezzi di attuazione rotanti comprendono un albero rotante 12 azionato da un motore con controllo di posizione, preferibilmente un servomotore, non illustrato in figura; l'unità di sezionamento 5 comprende inoltre un unico contatto mobile 24 accoppiabile con i tre contatti fissi 21, 22 e 23. Tale contatto mobile 24, costituito ad esempio da una lama avente un profilo a settore circolare, è fissato all'albero rotante 12 in posizione sostanzialmente perpendicolare all'asse dell'albero stesso. In questo modo, il contatto mobile 24 ruota solidalmente con l'albero 12, con i contatti fissi 21, 22 e 23 che giacciono nel suo piano di rotazione. In questo modo, la rotazione del contatto mobile 24 avviene attorno all'asse dell'albero 12 disposto sostanzialmente perpendicolare all’asse longitudinale 11 della camera di interruzione. Chiaramente, per semplicità descrittiva, quando nella descrizione ci si riferisce alla posizione relativa del contatto fisso e di un contatto mobile si intende sempre la posizione relativa delle estremità del contatto fisso e del contatto mobile ad esso accoppiabile.

Alternativamente, in funzione delle varie esigenze applicative, è possibile posizionare i contatti fissi 21, 22 e 23 in più piani sfalsati tra loro impiegando in tal caso più contatti mobili fissati all’albero di manovra 12; in questo caso i contatti mobili ruotano in piani differenti e sono disposti tra loro con angolazione opportuna in modo da consentire i collegamenti elettrici tra le coppie di contatti secondo le sequenze desiderate.

La soluzione illustrata in figura 1 è particolarmente vantaggiosa in quanto l’asse longitudinale 11 della camera di interruzione 4 si trova disposto sostanzialmente perpendicolare all'asse di rotazione dell'albero di manovra 12; in questo modo, le manovre dell'unità di sezionamento avvengono impartendo una rotazione all'albero 12 e facendo ruotare il contatto mobile attorno all'asse dell'albero stesso, mentre l'apertura/chiusura dell’unità di interruzione 4 lungo l'asse longitudinale 11. Ciò permette una distribuzione ottimale dello spazio occupato all'interno dell'involucro 1 con una soluzione che consente una estrema flessibilità nelle manovre elettriche eseguibili e nei collegamenti realizzabili tra l'apparecchiatura 100 stessa ed elementi ad essa esterni, ad esempio carichi ad esercire, linee di alimentazione, eccetera. Inoltre, il posizionamento del motore dell'unità di sezionamento lungo lo spazio occupato dallo sviluppo del corpo dell'involucro 1, contribuisce a compattare ulteriormente l'apparecchiatura stessa.

Con tale disposizione è possibile effettuare, in modo estremamente semplice e flessibile diverse manovra elettriche. Ad esempio come illustrato nelle figure 3a-3c è possibile avere:

- contatto 24 contemporaneamente accoppiato con i contatti 21, 22, contatto 23 disaccoppiato (fig. 3a);

- contatto 24 accoppiato con i contatti 22 e 23, contatto 21 disaccoppiato (fig. 3b);

- contatto 24 accoppiato con il contatto 21, contatti 22 e 23 disaccoppiati {fig. 3c).

Inoltre, l'utilizzo di un motore con controllo di posizione, ed in particolare di un servomotore rotativo, consente di garantire accuratezza e ripetibilità delle manovre di interruzione e di sezionamento, con una soluzione costruttiva semplificata rispetto ai mezzi di attuazione dell'arte nota; conseguentemente anche gli ingombri risultano ridotti. L'utilizzo di un servomotore permette di disporre di notevoli potenze con tempi di erogazione ridotti.

Il controllo di posizione può essere effettuato, sia per il motore 9 che par il motore che attua l'albero 12, per mezzo di un sensore di posizione situato sul motore che invia ad una unità di controllo informazioni relative al movimento del motore stesso. Il controllo di posizione, in particolare per le manovre di interruzione, può essere effettuato anche da un sensore di posizione del contatto mobile che invia all'unità di controllo informazioni relative alla posizione effettiva del contatto mobile. Tale sensore di posizione può essere semplicemente un dispositivo di fine corsa che segnala all’unità di controllo il completamento della manovra richiesta.

Attraverso l'unità di controllo è infatti ad esempio possibile programmare in modo semplice e flessibile la legge di moto delle parti mobili, in funzione sia del comando che del tipo di guasto eventualmente rilevato. E' possibile in particolare predefinire la precisione di posizionamento del contatto mobile delle unità di interruzione, sia in apertura che in chiusura, diminuendo i rischi di danneggiamento che sono oggi legati ai problemi di oltrecorsa.

In figura 2 è illustrata una seconda forma di realizzazione dell'apparecchiatura di interruzione e sezionamento 100, particolarmente adatta per l'impiego con sistema trifase a barre conduttrici doppie. In questo caso l'involucro 1 alloggia un terzo terminale di collegamento 13 e l'unità di sezionamento comprende un quarto contatto fisso 25 collegato al terminale 13 stesso; corrispondentemente, l'unità 5 comprende almeno un primo contatto mobile 24 ed un secondo contatto mobile 26 calettati sull'albero 12 in posizione tale che il primo contatto fisso 21, il secondo contatto fisso 22 ed il quarto contatto fisso 25 giacciano nel piano di rotazione del primo contatto mobile 24, ed il terzo contatto 23 giaccia nel piano di rotazione del secondo contatto mobile 26. Come illustrato schematicamente nelle figure 4a-4f, tale contatto mobile 26, ha ad esempio la forma di una lama ad L con lati sostanzialmente uguali tra loro.

Con tale soluzione costruttiva è possibile effettuare, in modo estremamente semplice e flessibile diverse manovre elettriche. Ad esempio come illustrato nelle figure 4a-4f è possibile avere:

- contatto 24 contemporaneamente accoppiato con i contatti 21, 22 e 25, contatti 26 e 23 disaccoppiati (fig. 4a);

- contatto 24 accoppiato con i contatti 21 e 25, contatti 22, 23 e 26 disaccoppiati (fig. 4b);

- contatto 24 accoppiato con il contatto 25, contatti 23-26 accoppiati tra loro, contatti 21 e 22 disaccoppiati (fig. 4c);

- contatto 24 accoppiato con i contatti 22 e 25, contatti 21, 23 e 26 disaccoppiati (fig. 4d);

- contatto 24 accoppiato con il contatta 22, contatti 23-26 accoppiati tra loro, contatti 21 e 25 disaccoppiati (fig. 4e);

- contatto 24 accoppiato con i contatti 21 e 22, contatti 23, 25 e 26 disaccoppiati (fig. 4f).

Oltre a tali possibili configurazioni possono essere chiaramente realizzate altre manovre, in funzione delle varie esigenze applicative.

L'apparecchiatura così concepita, sia nella configurazione illustrata in figura 1 che in quella illustrata in figura 2, in virtù della sua compattezza strutturale e della sua flessibilità funzionale è particolarmente adatta all'impiego, in una sottostazione per la trasmissione e distribuzione dell’energia elettrica, sia con sistema trifase a barra conduttrice singola che secondo molteplici configurazioni applicative.

In particolare, nella forma realizzativa illustrata in figura 2 è ad esempio possibile collegare i terminali 13 (o 3) e 3 (o 13), rispettivamente in ingresso e in uscita con una fase di una linea principale di alimentazione, e il terminale 2 con un carico, ad esempio un trasformatore di potenza; oppure, collegare il terminale 3 (o 13) in ingresso con la fase di alimentazione, il terminale 13 (o 3) con un carico, e il terminale 2 in uscita con la fase stessa. Ancora un’altra possibile alternativa è quella di collegare il terminale 2 in ingresso con la fase di alimentazione, e i terminali 3 e 13 con due corrispondenti carichi, ad esempio due trasformatori di potenza.

Costituisce pertanto un ulteriore oggetto della presente invenzione una sottostazione per la trasmissione e distribuzione di energia elettrica, detta sottostazione essendo collegata ad una linea di alimentazione trifase e caratterizzata dal fatto di comprendere almeno una apparecchiatura di interruzione e sezionamento secondo l’invenzione.

Un altro consistente vantaggio dell'invenzione risiede nel fatto che le apparecchiature utilizzate nella sottostazione possono essere del tipo a comando unipolare, in cui sono previsti motori attuatori su ogni singola fase per effettuare la manovra di sezionamento e quella di interruzione; in alternativa, e secondo una soluzione particolarmente efficace per ciò che riguarda gli ingombri ed i costi, può essere del tipo a comando tripolare, in cui l’energia per effettuare la manovra di sezionamento sulle tre fasi dell'apparecchiatura viene fornita da un unico motore con controllo di posizione meccanicamente accoppiato con le unità di sezionamento di ogni singola fase, in questo caso, il motore è posizionato in corrispondenza di una delle apparecchiature 100 ed è collegato con le tre unità di sezionamento tramite un unico albero passante su cui sono opportunamente posizionati i vari contatti mobili.

Inoltre, un analogo sistema di attuazione a comando unico tripolare può essere utilizzato anche per la manovra delle unità di interruzione; in questo caso infatti è sufficiente utilizzare un unico motore 9, posizionato in corrispondenza di una apparecchiatura 100 che è meccanicamente interconnesso con le aste di comando dei contatti mobili delle tre unità di interruzione affiancate tra loro.

Si è in pratica constatato come 1'apparecchiatura di interruzione e sezionamento secondo 1'invenzione assolva pienamente il compito nonché gli scopi prefissati in quanto presenta una struttura semplice e compatta, in cui l’esecuzione delle manovre elettriche avviene in modo estremamente semplice ed efficace, garantendo al contempo accuratezza e ripetibilità delle manovre stesse. Inoltre, l'apparecchiatura presenta una struttura realizzativa che lo rende direttamente trasportabile in un sito di installazione in configurazione già preassemblata.

L'apparecchiatura di interruzione e sezionamento isolata in gas così concepita è suscettibile di modifiche e varianti, tutte rientranti nell’ambito del concetto inventivo; inoltre tutti i dettagli potranno essere sostituiti da elementi tecnicamente equivalenti. In pratica, i materiali impiegati, purché compatibili con l'uso specifico, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi secondo le esigenze e lo stato della tecnica.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Apparecchiatura di interruzione e sezionamento isolata in gas, caratterizzata dal fatto di comprendere: un involucro alloggiente almeno un primo ed un secondo terminale di collegamento; una unità di interruzione elettricamente connessa al primo terminale e comprendente una camera di interruzione ospitante un contatto fisso ed un contatto mobile operativamente asservito a primi mezzi di attuazione; una unità di sezionamento, comprendente almeno un primo contatto fisso collegato elettricamente all’unità di interruzione, un secondo contatto fisso collegato al secondo terminale, un terzo contatto fisso a potenziale di terra, ed almeno un primo contatto mobile accoppiabile ad almeno uno di detti contatti fissi, detto primo contatto mobile essendo fissato a secondi mezzi di attuazione rotanti e ruotando solidalmente con essi, l’asse di rotazione di detti secondi mezzi di attuazione essendo sostanzialmente perpendicolare all'asse longitudinale di detta camera di interruzione, e dal fatto che uno o più di detti primi e secondi mezzi di attuazione comprendono un motore con controllo di posizione.
2. Apparecchiatura di interruzione e sezionamento secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che l’unità di sezionamento comprende un unico contatto mobile e che detto primo, secondo e terzo contatto fisso giacciono nel piano di rotazione del contatto mobile.
3. Apparecchiatura di interruzione e sezionamento secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che l'involucro alloggia un terzo terminale di collegamento e che l'unità di sezionamento comprende un quarto contatto fisso collegato a detto quarto terminale, ed almeno un primo ed un secondo contatto mobile fissati a detti secondi mezzi di attuazione, detti primo, secondo e quarto contatto fisso giacendo nel piano di rotazione di detto primo contatto mobile, il terzo contatto fisso giacendo nel piano di rotazione di detto secondo contatto mobile.
4. Apparecchiatura di interruzione e sezionamento secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che il primo contatto mobile è costituito da una lama calettata su detti secondi mezzi di attuazione e sostanzialmente perpendicolare all'asse di rotazione di detti secondi mezzi di attuazione.
5. Apparecchiatura di interruzione e sezionamento secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detti primi mezzi di attuazione comprendono un servomotore rotativo.
6. Apparecchiatura di interruzione e sezionamento secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detti secondi mezzi di attuazione comprendono un servomotore rotativo ed un albero di rotazione su cui sono calettati detti contatti mobili.
7. Sottostazione per la trasmissione e distribuzione di energia elettrica, detta sottostazione essendo suscettibile di essere collegata ad una linea di alimentazione trifase, caratterizzata dal fatto di comprendere almeno una apparecchiatura di interruzione e sezionamento secondo una o più delle rivendicazioni precedenti.
8. Sottostazione per la trasmissione e distribuzione di energia elettrica in applicazioni di alta e/o media tensione, detta sottostazione essendo atta ad essere collegata ad una linea di alimentazione trifase, caratterizzata dal fatto di comprendere, per ogni fase della linea di alimentazione, almeno una apparecchiatura di interruzione e sezionamento secondo una o più delle rivendicazioni da 1 a 6, e dal fatto che detti secondi mezzi di attuazione rotanti comprendono un unico motore con controllo di posizione atto ad attuare le unità di sezionamento appartenenti ciascuna ad una corrispondente apparecchiatura di interruzione e sezionamento.
9. Sottostazione per la trasmissione e distribuzione di energia elettrica in applicazioni di alta e/o media tensione secondo la rivendicazione 8, caratterizzata dal fatto che i primi mezzi di attuazione comprendono un unico motore con controllo di posizione atto ad azionare i contatti mobili delle unità di interruzione appartenenti ciascuna ad 'una corrispondente apparecchiatura di interruzione e sezionamento.