Sottostazioni mobili: una guida completa
Le sottostazioni mobili sono un tipo di sistema di distribuzione dell'energia elettrica che può essere trasportato e installato rapidamente e facilmente in diverse località. Vengono utilizzate per fornire un fornitura di energia temporanea o di emergenza in aree dove la rete non è disponibile o è stata danneggiata, come siti di costruzione, zone colpite da disastri, aree remote o eventi. Possono anche essere utilizzate per testare, mantenere o sostituire sottostazioni esistenti, o per integrare fonti di energia rinnovabile nella rete.
Le sottostazioni mobili sono costituite da vari componenti montati su un rimorchio, uno skid o un contenitore che può essere spostato via strada, ferrovia, mare o aria. I componenti principali sono:
Un trasformatore che converte alta tensione in bassa tensione o viceversa, a seconda dell'applicazione.
Un sistema di raffreddamento che regola la temperatura del trasformatore e prevenzione del surriscaldamento.
Un armadio di commutazione ad alta tensione che controlla e protegge il circuito ad alta tensione e collega la sottostazione mobile alla linea di trasmissione o al generatore.
Un armadio di commutazione a bassa tensione che controlla e protegge il circuito a bassa tensione e distribuisce l'energia all'utente finale o alla rete.
Un sistema di misurazione che misura e registra i parametri elettrici del flusso di energia, come tensione, corrente, potenza, frequenza, ecc.
Un sistema di protezione relé che rileva e isola i guasti e prevenzione dei danni agli apparecchi e al personale.
Un fornitura di energia ausiliaria AC e DC che fornisce energia per l'operazione della sottostazione mobile e dei suoi accessori, come luci, ventilatori, pompe, ecc.
Un sistema di protezione dai sovraccarichi che protegge la sottostazione mobile da colpi di fulmine e altri sovraccarichi di tensione.
Un sistema di connessione dei cavi che collega la sottostazione mobile alla fonte di alimentazione e al carico utilizzando cavi flessibili e connettori.
Le sottostazioni mobili sono progettate per soddisfare le specifiche esigenze di ogni cliente e applicazione. Possono avere diversi livelli di tensione, potenze nominali, configurazioni, funzionalità e accessori. Sono inoltre progettate per conformarsi alle normative stradali statali e federali, nonché al codice di rete e alle norme di sicurezza.
Vantaggi delle sottostazioni mobili
Le sottostazioni mobili offrono diversi vantaggi rispetto alle sottostazioni convenzionali, come:
Mobilità: Le sottostazioni mobili possono essere trasportate e relocalizzate facilmente e rapidamente ovunque siano necessarie. Non richiedono permessi speciali o lavori civili per l'installazione. Possono anche essere ruotate o riposizionate per allinearsi con le linee di energia esistenti o l'attrezzatura.
Flessibilità: Le sottostazioni mobili possono essere adattate a diversi livelli di tensione, potenze nominali, configurazioni, funzionalità e accessori in base alle esigenze e preferenze del cliente. Possono anche fornire più tensioni per diversi carichi o servizi simultaneamente.
Affidabilità: Le sottostazioni mobili sono unità testate in fabbrica e pronte per la connessione che garantiscono una fornitura di energia di alta qualità e prestazioni. Sono dotate di attrezzature all'avanguardia e di sistemi avanzati di controllo, protezione e comunicazione che consentono il monitoraggio e il controllo locale e remoto. Hanno inoltre sistemi di backup e caratteristiche di ridondanza che migliorano la loro disponibilità e resilienza.
Economicità: Le sottostazioni mobili sono soluzioni economiche che risparmiano tempo e denaro ai clienti. Riducono la spesa capitale (CAPEX) evitando i costi di costruzione permanente e di acquisizione del terreno. Riducono anche la spesa operativa (OPEX) minimizzando i costi di manutenzione e le perdite energetiche. Possono inoltre generare reddito vendendo l'eccesso di energia alla rete o ad altri clienti.
Applicazioni delle sottostazioni mobili
Le sottostazioni mobili possono essere utilizzate per vari scopi in diversi settori, come:
Soluzioni per le utility: Le sottostazioni mobili possono fornire energia durante emergenze o interruzioni pianificate causate da disastri naturali, incidenti, manutenzione, aggiornamenti o espansioni di sottostazioni esistenti. Possono anche fornire energia temporanea durante periodi di picco di domanda o eventi di limitazione del carico. Possono inoltre supportare la stabilità e l'affidabilità della rete fornendo compensazione di potenza reattiva, regolazione della tensione, controllo della frequenza, ecc.
Integrazione di energie rinnovabili: Le sottostazioni mobili possono facilitare l'integrazione di fonti di energia rinnovabile nella rete fornendo punti di interconnessione per parchi eolici, impianti fotovoltaici, centrali idroelettriche, impianti di biomassa, ecc. Possono inoltre fornire servizi di supporto alla rete come regolazione della tensione, controllo della frequenza, miglioramento della qualità dell'energia, ecc.
Smart grid e sottostazioni urbane: Le sottostazioni mobili possono supportare lo sviluppo della smart grid fornendo generazione distribuita, operazione di microgrid, gestione della risposta alla domanda, integrazione di sistemi di accumulo di energia, ecc. Possono inoltre fornire soluzioni compatte e a basso rumore per aree urbane dove lo spazio è limitato e le preoccupazioni ambientali sono elevate.
Elettrificazione dei datacenter: Le sottostazioni mobili possono fornire una fornitura di energia affidabile e sicura per i datacenter che richiedono alta disponibilità.
Sistemi di fornitura di energia industriale: Le sottostazioni mobili possono fornire una fornitura di energia affidabile e sicura per impianti industriali che richiedono alta qualità, disponibilità ed efficienza dell'energia. Possono inoltre fornire energia di backup o condivisione del carico per processi critici, come la produzione di petrolio e gas, operazioni minerarie, impianti chimici, ecc. Possono inoltre supportare progetti di elettrificazione degli impianti, dalle studi di fattibilità agli avviamenti, fornendo energia temporanea durante le fasi di costruzione o messa in servizio.
Alimentazione da terra a nave: Le sottostazioni mobili possono fornire energia verde per navi attraccate in porti o banchine, collegandole alla rete locale o a fonti di energia rinnovabile. Questo può ridurre le emissioni e il rumore dei motori e dei generatori delle navi, migliorando la qualità dell'aria e l'ambiente per il porto e le comunità circostanti.
Tipi di sottostazioni mobili
Le sottostazioni mobili possono essere classificate in diversi tipi in base al loro design, dimensioni e funzionalità. Alcuni dei tipi comuni sono:
Sottostazioni mobili compatte e modulari: Queste sono sottostazioni mobili che hanno un design compatto e modulare, che consente una facile mobilità e una rapida relocalizzazione senza la necessità di permessi di trasporto speciali. Sono montate su rimorchi o skid che possono essere trainati da camion o altri veicoli. Possono anche essere ruotate o riposizionate per allinearsi con le linee di energia esistenti o l'attrezzatura. Sono adatte per applicazioni che richiedono alta flessibilità e rapidi dispiegamenti, come servizi di emergenza, nuovi servizi o servizi temporanei.
Sottostazioni montate su skid: Queste sono sottostazioni mobili che hanno un design montato su skid, che consente un rapido e facile dispiegamento, minimizzando i lavori civili nonché gli sforzi di installazione e messa in servizio sul sito. Sono montate su skid che possono essere sollevate da gru o carrelli elevatori e posizionate su una superficie piatta. Sono adatte per applicazioni che richiedono alta affidabilità e bassa manutenzione, come sistemi di fornitura di energia industriale, integrazione di energie rinnovabili o sottostazioni smart e urbane.
Sottostazioni containerizzate: Queste sono sottostazioni mobili che hanno un design containerizzato, che fornisce rifugio e protezione per i componenti e gli accessori. Sono montate su container che possono essere trasportati via strada, ferrovia, mare o aria. Sono adatte per applicazioni che richiedono alta durabilità e resilienza in condizioni ambientali sfavorevoli, come temperature estreme, umidità, inquinamento, ecc.
Sottostazioni su vagoni ferroviari: Queste sono sottostazioni mobili che hanno un design su vagoni ferroviari, che consente loro di essere trasportate tramite ferrovie. Sono montate su vagoni ferroviari che possono essere accoppiati a locomotive o altri vagoni ferroviari. Sono adatte per applicazioni che richiedono alta mobilità e accessibilità in aree remote o terreni difficili.
Considerazioni di progettazione delle sottostazioni mobili
Le sottostazioni mobili devono soddisfare varie considerazioni di progettazione per garantire la loro funzionalità, prestazioni, sicurezza e compatibilità ambientale. Alcune delle principali considerazioni di progettazione sono:
Trasformatore: Il trasformatore è il componente principale di una sottostazione mobile che converte alta tensione in bassa tensione o viceversa. Il trasformatore deve essere progettato per ottimizzare le sue dimensioni e il suo peso per la trasportabilità e i parametri elettrici richiesti. Il trasformatore deve avere un sistema di isolamento ibrido Nomex per tariffe superiori (>20 MVA) o un sistema di isolamento cellulosa per tariffe inferiori (<20 MVA). Il trasformatore deve avere un'impedenza elevata (fino al 30%) per ridurre le sue dimensioni e il suo peso, ma ciò può influire sulla sua regolazione della tensione e sulle perdite. Il trasformatore deve avere un livello di rumore basso (<65 dB) per conformarsi agli standard ambientali. Il trasformatore deve avere diverse tensioni (fino a 5) per fornire flessibilità e versatilità per diverse applicazioni. Il trasformatore deve avere interruttori de-energizzati esterni per la riconnessione stella-delta.
Sistema di raffreddamento: Il sistema di raffreddamento è il componente di una sottostazione mobile che regola la temperatura del trasformatore e prevenzione del surriscaldamento. Il sistema di raffreddamento deve essere progettato per dissipare il calore prodotto dalle perdite di carico e dalle perdite di raffreddamento ausiliario del trasformatore. Il sistema di raffreddamento deve avere un sistema di raffreddamento in alluminio per la riduzione del peso. Il sistema di raffreddamento deve avere un sistema di raffreddamento forzato ad aria (ONAF) o un sistema di raffreddamento forzato a olio forzato ad aria (OFAF) per tariffe superiori (>20 MVA) o un sistema di raffreddamento naturale ad aria (ONAN) o un sistema di raffreddamento naturale a olio naturale ad aria (ONAN) per tariffe inferiori (<20 MVA).
Armadio di commutazione ad alta tensione: L'armadio di commutazione ad alta tensione è il componente di una sottostazione mobile che controlla e protegge il circuito ad alta tensione e collega la sottostazione mobile alla linea di trasmissione o al generatore. L'armadio di commutazione ad alta tensione deve essere progettato per conformarsi alla classe di tensione (fino a 420 kV) e all'interruzione.
Armadio di commutazione a bassa tensione: L'armadio di commutazione a bassa tensione è il componente di una sottostazione mobile che controlla e protegge il circuito a bassa tensione e distribuisce l'energia all'utente finale o alla rete. L'armadio di commutazione a bassa tensione deve essere progettato per conformarsi alla classe di tensione (fino a 1 kV) e alla tarifa di corrente (fino a 2000 A) dell'applicazione. L'armadio di commutazione a bassa tensione deve avere vari componenti, come interruttori a bassa tensione, interruttori differenziali di corrente di fuga, fusibili HRC, isolatori elettrici, interruttori automatici a vuoto (ACB), interruttori automatici a gabbia (MCCB) e interruttori automatici miniatura (MCB). L'armadio di commutazione a bassa tensione deve avere diversi montaggi, come telaio, DIN rail, pannello o rack 19". L'armadio di commutazione a bassa tensione deve avere diverse custodie, come aperto, chiuso o IP-rated.
Sistema di misurazione: Il sistema di misurazione è il componente di una sottostazione mobile che misura e registra i parametri elettrici del flusso di energia, come tensione, corrente, potenza, frequenza, ecc. Il sistema di misurazione deve essere progettato per fornire dati accurati e affidabili per scopi di monitoraggio e fatturazione. Il sistema di misurazione deve avere diversi tipi di contatori, come contatori analogici, digitali, intelligenti, ecc. Il sistema di misurazione deve avere diversi modi di comunicazione, come cablato o wireless, locale o remoto, ecc.
Sistema di protezione relé: Il sistema di protezione relé è il componente di una sottostazione mobile che rileva e isola i guasti e prevenzione dei danni agli apparecchi e al personale. Il sistema di protezione relé deve essere progettato per fornire un tripaggio rapido e selettivo del circuito o dell'apparecchio difettoso. Il sistema di protezione relé deve avere diversi tipi di relé, come relé elettromeccanici, relé a stato solido, relé a microprocessore, ecc. Il sistema di protezione relé deve avere diverse funzioni di protezione, come protezione contro sovratensione, protezione contro sovratensione, protezione differenziale, protezione di distanza, ecc.
Fornitura di energia ausiliaria AC e DC: La fornitura di energia ausiliaria AC e DC è il componente di una sottostazione mobile che fornisce energia per l'operazione della sottostazione mobile e dei suoi accessori, come luci, ventilatori, pompe, ecc. La fornitura di energia ausiliaria AC e DC deve essere progettata per fornire energia stabile e sufficiente per il carico richiesto. La fornitura di energia ausiliaria AC e DC deve avere diverse fonti, come batterie, generatori, convertitori, inversori, ecc. La fornitura di energia ausiliaria AC e DC deve avere diverse tensioni e frequenze, a seconda dell'applicazione.
