Gli interruttori di linea del generatore sono essenzialmente adatti a una vasta gamma di impianti di generazione di energia elettrica, inclusi quelli alimentati da combustibili fossili, nucleari, turbine a gas, cicli combinati, idroelettrici e di accumulo pompato. Sono inoltre ideali per la riconversione di stazioni esistenti che mancano di interruttori di linea del generatore.
In passato, gli interruttori di linea del generatore erano comunemente utilizzati in stazioni multi-unità dove diversi generatori relativamente piccoli erano collegati a un bus comune. Tuttavia, con la rapida crescita delle dimensioni dei generatori e l'incremento dei livelli di corrente di cortocircuito del sistema, le capacità di interruzione di questo tipo di apparato di commutazione furono presto superate. Successivamente, è stato adottato il concetto unitario, dove ogni generatore aveva un sistema ausiliario di vapore indipendente direttamente collegato a un trasformatore di elevazione e a uno o più interruttori di alta tensione.
Paragonato alla connessione unitaria, l'uso di interruttori di linea del generatore per commutare i generatori alla loro tensione terminale offre numerosi vantaggi:
Semplificazione delle Operazioni: Semplifica le procedure operative, riducendo la complessità e il potenziale errore umano durante le operazioni di commutazione legate al generatore.
Protezione Migliorata: Offre una protezione migliorata per il generatore, nonché per i trasformatori principali e unitari, salvaguardando questi componenti critici da guasti e sovraccarichi elettrici.
Aumento della Affidabilità: Aumenta la sicurezza del sistema di generazione di energia e migliora significativamente la disponibilità complessiva dell'impianto, minimizzando i tempi di inattività e massimizzando la produzione di energia.
Vantaggi Economici: Porta anche vantaggi economici, come costi di manutenzione ridotti ed efficienza operativa a lungo termine migliorata.
I requisiti chiave per la disposizione elettrica degli impianti di energia possono essere riassunti come segue:
Trasferimento Efficace di Energia: Trasferire l'energia elettrica generata dal generatore al sistema di trasmissione ad alta tensione (AT), tenendo conto delle esigenze operative, nonché dei fattori legati alla disponibilità, affidabilità e convenienza economica.
Fornitura Affidabile di Energia Ausiliaria: Assicurare il fornimento di energia elettrica per i sistemi ausiliari e di servizio della stazione, che è cruciale per mantenere l'operatività sicura e affidabile dell'impianto di energia.
La Figura 1 illustra esempi di disposizioni di stazioni di energia che utilizzano un interruttore di linea del generatore per collegare il generatore al trasformatore principale, dimostrando come questi interruttori siano integrati nella configurazione elettrica complessiva dell'impianto di energia.
Gli interruttori di linea del generatore svolgono un ruolo cruciale e multifaceto nei sistemi di energia, adempiendo a varie funzioni operative essenziali:
Sincronizzazione con il Sistema AT: Sono responsabili della sincronizzazione del generatore con la tensione del sistema ad alto livello di tensione (AT). Questo assicura una connessione senza soluzione di continuità tra l'output del generatore e la rete, facilitando il trasferimento efficiente di energia elettrica.
Disconnessione dal Sistema AT: Consentono la separazione dei generatori dal sistema AT, il che è particolarmente utile quando si spegne generatori non caricati o leggermente caricati. Questa operazione aiuta a mantenere la stabilità e la sicurezza della rete di energia.
Interruzione della Corrente di Carico: Questi interruttori sono in grado di interrompere le correnti di carico, con la capacità di gestire fino alla corrente di pieno carico dei generatori. Questa funzionalità è vitale per l'operatività normale e la gestione del carico all'interno dell'impianto di energia.
Interruzione di Cortocircuiti Alimentati dal Sistema: Possono interrompere i cortocircuiti alimentati dal sistema, proteggendo il generatore e altri componenti dagli effetti potenzialmente dannosi del flusso eccessivo di corrente causato da guasti nel sistema.
Interruzione di Cortocircuiti Alimentati dal Generatore: Analogamente, sono progettati per interrompere i cortocircuiti alimentati dal generatore, proteggendo il generatore stesso da guasti interni e garantendo la sua continua operatività sicura.
Interruzione di Corrente Fuori Fase: Gli interruttori di linea del generatore possono gestire l'interruzione di corrente in condizioni fuori fase, con la capacità di gestire fino a un angolo fuori fase di 180°. Questa caratteristica è cruciale per mantenere la stabilità del sistema in condizioni operative anomale.
Sincronizzazione negli Impianti di Accumulo Pompato (Modalità Motore): Negli impianti di accumulo pompato, quando il generatore-motore viene avviato in modalità motore, l'interruttore di linea viene utilizzato per sincronizzare la macchina con il sistema AT. Esistono diversi metodi di sincronizzazione disponibili, come l'avvio utilizzando un convertitore di frequenza statico (SFC) o l'avvio back-to-back.
Gestione della Corrente di Avvio negli Impianti di Accumulo Pompato (Modalità Motore): Quando il generatore-motore viene avviato in modalità motore con avvio asincrono negli impianti di accumulo pompato, l'interruttore di linea si chiude e interrompe la corrente di avvio, assicurando un processo di avvio fluido e controllato.
Interruzione di Corrente di Cortocircuito a Bassa Frequenza: Nei generatori a turbina a gas, cicli combinati e impianti di accumulo pompato, a seconda del fornitore di avvio, l'interruttore di linea può interrompere le correnti di cortocircuito alimentate dal generatore a frequenze inferiori a 50/60 Hz, adattandosi ai requisiti specifici di questi sistemi di generazione di energia.
Esistono diversi approcci di sincronizzazione negli impianti di accumulo pompato.
Schema di Avvio con Convertitore di Frequenza Statico (SFC): Questo schema comprende principalmente un convertitore a tiristori connesso a un trasformatore unitario sul lato AT e un inversore collegato al generatore. L'inversore avvia l'operazione del generatore da una bassa frequenza di potenza e lo porta gradualmente alla frequenza di potenza nominale. Una volta che il generatore è eccitato per produrre energia, potrebbe esserci una differenza di angolo di fase tra il suo output e quello della rete. Nel momento in cui la differenza di fase tra il generatore e la rete AT è minima, il generatore viene sincronizzato con la rete AT utilizzando un interruttore di linea del generatore o un interruttore AT.
Schema di Avvio Back-to-Back: In un impianto con più generatori, può essere impiegato uno schema di avvio back-to-back. L'energia generata da un generatore in funzione nelle condizioni nominali viene utilizzata per avviare un generatore fermo fino alla frequenza di potenza nominale. Successivamente, il generatore viene sincronizzato con la rete AT utilizzando un interruttore di linea del generatore o un interruttore AT.
Secondo lo standard IEC/IEEE 62271-37-13, il ciclo di dovere di cortocircuito nominale di un interruttore di linea del generatore è specificato come consistente in due unità di operazioni, con un intervallo di 30 minuti tra ciascuna operazione. Il ciclo di dovere è rappresentato come "CO – 30 minuti – CO", il che significa due interruzioni complete di cortocircuito, con un intervallo di 30 minuti tra ciascun evento di chiusura di cortocircuito.Questo progetto è specificamente inteso a tutelare gli impianti di energia e i generatori. L'esecuzione di due operazioni consecutive di chiusura-apertura durante un cortocircuito completo potrebbe potenzialmente causare danni al generatore e ai trasformatori di elevazione.
Tali tipi di cortocircuiti sono altamente improbabili, e sarebbe anche molto poco probabile che un responsabile di impianto tentasse di chiudere nuovamente il circuito solo 30 minuti dopo un evento di cortocircuito completo.
L'intervallo di 30 minuti tra due operazioni è essenziale per ripristinare le condizioni iniziali dell'interruttore di linea e prevenire il surriscaldamento eccessivo dei suoi componenti. Si noti che questo intervallo di tempo può variare a seconda del tipo specifico di operazione e delle caratteristiche dell'interruttore di linea del generatore.
