Discussione sulle tecniche di costruzione per il sistema di alimentazione a 20 kV nelle ferrovie ad alta velocità

1. Panoramica del Progetto
Il progetto prevede la costruzione della nuova ferrovia ad alta velocità Jakarta–Bandung, con una lunghezza della linea principale di 142,3 km, comprensiva di 76,79 km di ponti (54,5%), 16,47 km di gallerie (11,69%) e 47,64 km di terrapieni (33,81%). Sono state costruite quattro stazioni: Halim, Karawang, Padalarang e Tegal Luar. La linea principale della ferrovia ad alta velocità Jakarta–Bandung è lunga 142,3 km, progettata per una velocità massima di 350 km/h, con uno spazio tra binari doppio di 4,6 m, compresi circa 83,6 km di tracciato senza ballast e 58,7 km di tracciato con ballast. Il sistema di alimentazione elettrica adottato è il metodo AT (Autotrasformatore).

L'alimentazione esterna utilizza un livello di tensione di 150 kV, mentre il sistema di distribuzione interna utilizza 20 kV. I bracci di sostegno e i dispositivi di posizionamento per la catenaria della ferrovia ad alta velocità adottano il design standardizzato e semplificato cinese. L'IEE-Business è responsabile dell'acquisto dei materiali, della costruzione dell'intero sistema di energia elettrica e di alimentazione trazione per la ferrovia ad alta velocità Jakarta–Bandung in Indonesia, nonché della parte di connessione esterna alimentata da somme provvisorie.

2. Schema di Progettazione della Sottostazione Distributiva a 20 kV
2.1 Collegamento Elettrico Principale a 20 kV e Modalità Operativa
La barra principale a 20 kV adotta una configurazione a singola barra segmentata da un interruttore di collegamento con trasferimento automatico. È prevista una sezione di barra di passaggio a 20 kV, che, dopo aver attraversato un regolatore di tensione, alimenta la linea di passaggio a 20 kV per carichi complessivi e la linea di passaggio primaria a 20 kV. Il punto neutro del regolatore di tensione è collegato a terra tramite una piccola resistenza, e non viene installato un interruttore bypass per il regolatore di tensione.

In condizioni normali di operazione, entrambe le fonti di alimentazione forniscono contemporaneamente con l'interruttore di collegamento aperto. In caso di guasto di una fonte di alimentazione, l'interruttore d'ingresso sul lato de-energizzato si apre e l'interruttore di collegamento si chiude automaticamente, consentendo all'altra fonte di alimentazione di sostenere l'intero carico della sottostazione. È installato un dispositivo di compensazione di potenza reattiva sulla sezione di barra di passaggio a 20 kV, garantendo che il fattore di potenza sul lato d'ingresso della sottostazione sia non inferiore a 0,9 dopo la compensazione.

2.2 Piano di Disposizione
Tutte le sottostazioni distributive sono collocate al piano terra insieme agli edifici operativi e abitativi dell'area della stazione, eccetto la sottostazione del deposito EMU di Tegal Luar, che è costruita come struttura indipendente a un piano. Non sono previsti piani intermedi per i cavi. Il piano terra include locali per il regolatore di tensione (per linee di passaggio primarie e complesse), compensazione reattiva, equipaggiamento di messa a terra del punto neutro, macchinari di comunicazione, magazzino di ricambi, armadi di manovra ad alta tensione, sala di controllo, deposito degli attrezzi e area di riposo. I cavi all'interno della sottostazione sono posati in canali di cavi.

Le connessioni tra il locale del regolatore di tensione, il locale di compensazione reattiva, il locale dell'equipaggiamento di messa a terra del punto neutro e il locale ad alta tensione sono realizzate tramite condotte preincorporate. Situata all'interno dell'area della stazione, la sottostazione non dispone di strade di accesso esterne o corsie antincendio dedicate. È previsto un canalone integrato esterno, dotato di supporti per cavi; i cavi in entrata e in uscita vengono diretti attraverso questo canalone, con cavi di potenza e cavi a bassa tensione/controllo disposti su lati opposti del canalone. Altre sezioni utilizzano canali di cavi e installazioni di condotte.

3.Preparazione alla Costruzione

• Indagine del sito: Prima della costruzione, l'appaltatore dovrà effettuare un'indagine del sito basata sui documenti di progettazione approvati e sui dati rilevanti, e preparare un rapporto di indagine del sito che copra il terreno, la geologia, le vie di trasporto, le condizioni degli edifici delle attrezzature e il tracciato del canalone integrato.

• Verifica dei disegni di costruzione: L'appaltatore dovrà verificare i disegni di costruzione approvati sul sito e confermarne l'accuratezza prima dell'uso. Qualsiasi discrepanza deve essere segnalata prontamente al cliente, al progettista e all'ingegnere supervisore per la risoluzione.

• In base all'indagine e ai disegni verificati, l'appaltatore dovrà sviluppare un piano di implementazione dettagliato e un manuale di istruzioni per la sottostazione distributiva, definendo chiaramente gli standard di processo, i requisiti di controllo qualità e le esigenze di interfaccia per le procedure critiche, e condurre brevi tecniche basate su QR-code nominativi.

• Ottimizzazione BIM: Nella fase iniziale della costruzione, la tecnologia BIM sarà utilizzata per simulare l'installazione delle attrezzature e il tracciato dei cavi nella sottostazione distributiva a 20 kV. Ciò consente di ottimizzare la disposizione delle attrezzature e delle strutture di canali/tubi all'interno dell'edificio, simulare il tracciato dei cavi nei canali di cavi interni ed esterni, ottimizzare i percorsi dei cavi e determinare con precisione le posizioni dei supporti. Le capacità di visualizzazione e simulazione del BIM aiutano a evitare conflitti spaziali durante la costruzione e migliorano l'efficienza.

4.Ottimizzazione dei Dettagli del Processo
4.1 Disposizione dei Canali di Cavi nella Sottostazione Distributiva
La sottostazione è una struttura a un piano, e i canali di cavi secondari per le singole stanze di attrezzatura sono eliminati. Tra le fondamenta nelle stanze del regolatore di tensione, del reattore e della messa a terra con piccola resistenza e le stanze ad alta tensione/controllo, vengono utilizzate condotte di acciaio preincorporate, che si estendono fino al canale di cavi della stanza ad alta tensione fino all'altezza del secondo supporto di cavo dal fondo. Per facilitare lo stiro dei cavi, la condotta preincorporata tra il canalone esterno e il canale di cavi della stanza ad alta tensione è ottimizzata in forma di canalone, con piastre di passaggio murale installate alle intersezioni dei muri.

4.2 Installazione della Barra di Collegamento nella Stanza del Regolatore di Tensione
Il supporto orizzontale monolivello originale per la terminazione dei cavi nella stanza del regolatore di tensione è stato ottimizzato aggiungendo un rinforzo in acciaio inclinato sotto il supporto orizzontale per aumentare la stabilità e prevenire il tremolio. I cavi entrano nel regolatore di tensione dall'alto, con i supporti installati ad un'altezza di 2.500 mm. Lo strato di schermo e l'armatura delle terminazioni dei cavi ad alta tensione sono collegate a terra separatamente.

 Tutti i supporti strutturali sono collegati al conduttore di messa a terra principale utilizzando barre d'acciaio piatte o rotonde. Le bussole di rame connettono le terminazioni dei cavi ai terminali del regolatore di tensione, protette da tubi retrattili termosaldati incrociati con contrassegni di colore di fase. Per il monitoraggio operativo, è installata una barriera a maglia in acciaio inossidabile a forma di L con una porta di manutenzione in acciaio inossidabile (dotata di un lucchetto elettromagnetico che si sblocca solo quando l'interruttore ad alta tensione è aperto). La barriera e la porta sono posizionate per garantire la sicurezza del personale e mantenere le distanze necessarie dalle parti sotto tensione.

4.3 Installazione dei supporti dei cavi
La simulazione pre-lavorazione dei cavi basata su BIM ha permesso un tracciato separato: il lato della sorgente di alimentazione 1, il lato della sorgente di alimentazione 2, il lato del passante primario e il lato del passante complessivo sono disposti su lati separati della fossa, prevenendo che un guasto su una linea di alimentazione danneggi l'altra. Sono rispettati i raggi di curvatura dei cavi e la posizione precisa di ogni cavo sui supporti ha determinato il tipo e la posizione ottimale dei supporti.

 Il rilevamento delle collisioni BIM ha regolato l'altezza dei supporti per evitare incroci di cavi. Tutte le traverse orizzontali dei supporti sono allineate sullo stesso piano, con deviazioni del centro ≤5 mm. I supporti sono fissati a lastre d'acciaio pre-embeddate sulle pareti della fossa, con il fondo dei supporti ≥150 mm sopra il pavimento della fossa. Nella fossa delle utilità integrate, i supporti dei cavi sono messi a terra utilizzando acciaio piatto da 40 mm × 4 mm, con due conduttori di messa a terra collegati al sistema di messa a terra integrato.

4.4 Costruzione della posa dei cavi

• Principio di disposizione dei cavi: i cavi di diversi livelli di tensione devono essere disposti dal basso verso l'alto nell'ordine di cavi di potenza ad alta tensione, cavi di controllo e cavi di segnale. Cavi di diverse classificazioni o i due circuiti dei carichi primari non devono essere posizionati sullo stesso livello di supporto.

• Raffinamento del progetto: basandosi sui disegni, le tecniche di posa dei cavi permettono un raffinamento del progetto più approfondito, abilitando un piano costruttivo completo e sistematico che garantisce un'integrazione fluida del flusso di lavoro e migliora il controllo di sicurezza e qualità.

• Calcolo della forza di trazione: le macchine di trazione sono posizionate al punto finale, con i distributori di cavi posizionati circa ogni 1 m. In base all'esperienza, viene aggiunto un ulteriore 10 cm nelle curve per il calcolo della forza di trazione.

• Ispezione sul sito: prima della posa, ispezionare le condizioni di installazione dell'equipaggiamento. Assicurarsi che la forza di trazione rimanga al di sotto della resistenza tensile ammissibile del cavo. Eseguire controlli di sicurezza sulle macchine per la posa dei cavi e verificare il sito per confermare la posizione dei bobini di cavo; correggere immediatamente se gli standard non sono soddisfatti.

• Esecuzione della posa dei cavi: prima della posa, preparare etichette e numerazione basate sui disegni da parte di tecnici qualificati. La supervisione in loco garantisce la corretta rotta dei cavi e l'utilizzo del modello corretto. Durante la posa meccanica, i cavi non devono mostrare schiacciamento dell'armatura, torsione o danni alla guaina. Utilizzare un gru per posizionare il bobina di cavo, supportata da un supporto di srotolamento dedicato per permettere lo srotolamento dall'alto e prevenire l'attrito con il terreno. Installare morsetti di trazione sulle terminazioni prima della trazione. Tecnici qualificati devono supervisionare l'operazione dell'equipaggiamento e la posizione delle macchine distributrici: una macchina di trazione principale al punto finale, distributori spaziati tra 80-100 m e pulegge a raggio grande nelle curve.

• Fissaggio dei cavi: dopo la posa, fissare i cavi nei punti di inizio/fine e su entrambi i lati delle curve, con intervalli di fissaggio di 5-10 m. Applicare il principio di "posa uno, lega uno" e rifissare i cavi a partire dal punto di inizio all'indietro. Per i cavi su tralicci, apporre targhette di identificazione su entrambi i lati, nelle curve e negli incroci; su tratti rettilinei, targhette ogni 20 m. Le targhette devono visualizzare uniformemente il numero del cavo, la specifica, i punti di inizio/fine e la tensione.

• Ispettiva del circuito dei cavi: dopo la posa, ispezionare l'intero circuito dei cavi, i componenti associati e le strutture. Verificare l'accuratezza delle targhette, controllare la presenza di installazioni mancanti o errate e confermare la conformità alla qualità. Per garantire un funzionamento sicuro:

• Installare separatori tra cavi o circuiti AC/DC di diversa tensione quando non condividono un traliccio;

• Assicurarsi che tutte le coperture delle fosse siano in posizione e che le fosse siano libere da ostruzioni e acqua;

• Eseguire prove di resistenza all'isolamento e di corrente di fuga secondo gli standard;

• Verificare l'allineamento dei terminali e la compatibilità con la rete durante l'accettazione.

4.5 Misure antincendio e ignifughe
Tutte le penetrazioni tra compartimenti antincendio, ingressi degli edifici, pannelli di pavimento e aperture sotto i quadri HV/LV devono essere protetti contro l'incendio. I materiali antincendio devono conformarsi agli standard indonesiani per prestazioni, metodi di prova, specifiche tecniche generali per rivestimenti antincendio dei cavi e requisiti tecnici per involucri antincendio dei cavi. All'interno vengono utilizzati cavi ignifughi. I cavi non ignifughi che entrano nella sottostazione devono essere avvolti con nastro ignifugo o ricoperti con vernice antincendio.

5. Costruzione e manutenzione integrate
Durante la costruzione, le unità di operazione e manutenzione sono state coinvolte precocemente per allineare gli standard di costruzione e manutenzione, ponendo le basi per una HSR di alta qualità, esteticamente gradevole ed ecologica. Da un lato, la stretta collaborazione con l'entità di acquisizione durante le presentazioni progettuali, le revisioni delle specifiche e le riunioni di coordinamento tecnico ha permesso di raffinare gli standard di processo e i requisiti di prestazioni dell'equipaggiamento e dei materiali in base all'esperienza operativa. Dall'altro, durante la costruzione - mentre si soddisfacevano i requisiti di progettazione e codice - i processi sono stati ottimizzati da una prospettiva di sicurezza operativa e manutenibilità, includendo miglioramenti alle fosse dei cavi, l'accesso alla manutenzione dei cavi, le scatole di derivazione, la messa a terra, le barriere protettive a maglia e la segnaletica, migliorando così la sicurezza operativa e la qualità fisica.

6. Conclusione
In sintesi, le tecnologie di costruzione per i sistemi elettrici ad alta velocità continuano a progredire, con un numero crescente di ingegneri che applica concetti integrati ai progetti HSR. L'evoluzione della tecnologia elettromagnetica, l'ottimizzazione rapida del BIM e il miglioramento dei sistemi di allarme precoce supportano tutti lo sviluppo dell'integrazione delle "Quattro Elettriche" (energia, segnalamento, telecomunicazioni e trazione) dell'HSR. Questo articolo mira a fornire spunti significativi per ulteriori avanzamenti di queste tecnologie.