Controllori di Recloser: Chiave per l'affidabilità della Smart Grid

Colpi di fulmine, rami caduti e persino palloncini Mylar sono sufficienti per interrompere il flusso di corrente sulle linee elettriche. Per questo motivo, le società di servizio pubblico prevencono i black-out dotando i loro sistemi di distribuzione aerea di controllori di ricompattatori affidabili.

In qualsiasi ambiente di smart grid, i controllori di ricompattatori svolgono un ruolo cruciale nella rilevazione e nell'interruzione dei guasti transitori. Sebbene molti cortocircuiti sulle linee aeree possano risolversi da soli, i ricompattatori migliorano la continuità del servizio ripristinando automaticamente l'energia dopo un guasto momentaneo.

I controllori di ricompattatori rilevano la tensione e la corrente della trasmissione AC sulle linee elettriche. Quando si verifica un sovratensione o un guasto, i relè si aprono per contenere il guasto e impedire che si diffonda in tutta la rete, un fenomeno noto come fallimento a cascata. Quando il guasto è causato da un evento transitorio, come un colpo di fulmine, rami o palloncini (come menzionato in precedenza), questi possono temporaneamente far incrociare le linee. Il controllore di ricompattatore continua a monitorare la linea elettrica e, se le prestazioni AC si stabilizzano, tenterà di chiudere o "ricompattare" il relè. Dopo la chiusura, se viene rilevata una tensione elevata, una corrente elevata o un'altra condizione di guasto, il relè si aprirà nuovamente. I ricompattatori tentano tipicamente di ricompattare il relè tre o cinque volte. L'idea è quella di consentire alla rete di autoguarire.

Perché i controllori di ricompattatori sono così importanti?

I controllori di ricompattatori hanno diverse caratteristiche chiave:

• Rilevamento della linea elettrica, inclusi tre tensioni, tre correnti, uno o due terra, e solitamente ridondanza. Un'elevata precisione è essenziale, soprattutto per le misurazioni armoniche.

• L'isolamento è obbligatorio. L'isolamento è tipicamente implementato sia a monte che a valle nella catena del segnale per garantire il funzionamento affidabile del sistema e proteggere i componenti elettronici. L'isolamento è richiesto anche prima dei collegamenti di comunicazione, e spesso sono necessarie varie opzioni di isolamento.

• Molteplici alimentazioni con entrate sia AC che DC. Non sorprende che il sistema includa una batteria poiché deve rimanere operativo e continuare a rilevare la linea AC anche durante un black-out.

• La comunicazione è anche critica per i controllori di ricompattatori, poiché questi sistemi devono comunicare con la rete più ampia per segnalare gli eventi. La maggior parte delle smart grid utilizza reti di comunicazione wireless o su linea elettrica. Unità come i controllori di ricompattatori spesso mantengono ancora la comunicazione seriale tradizionale, come RS-485, che viene convertita tramite un gateway o altro hardware nel protocollo wireless scelto.

Blocchi analogici per i controllori di ricompattatori

Progettare un controllore di ricompattatore richiede vari blocchi analogici critici. Il diagramma a blocchi mostrato nella Figura 1 fornisce solo un esempio di progettazione di un controllore di ricompattatore. Come si può vedere, ci sono molteplici alimentazioni di sistema, interfacce di comunicazione, monitoraggio della tensione e circuiti di supervisione. Come si selezionano i componenti giusti? Alta precisione, ampio intervallo di protezione della tensione d'ingresso, basso consumo di potenza e piccole dimensioni sono alcune caratteristiche importanti da valutare per soddisfare i requisiti di progettazione. I circuiti di protezione contro il carico-dump e la tensione inversa MAX16126/MAX16127 sono un esempio di dispositivi che offrono queste caratteristiche. 

Con una pompa di carica integrata, questi IC controllano due MOSFET N-channel esterni in configurazione back-to-back, che si spegnono e isolano l'alimentazione a valle in condizioni d'ingresso distruttive. Includono un'uscita di bandiera che segnala durante le condizioni di guasto. Per la protezione contro la tensione inversa, i MOSFET esterni in configurazione back-to-back minimizzano la caduta di tensione e la perdita di potenza durante il funzionamento normale, superando le prestazioni dei tradizionali diodi di protezione inversa. Un altro supervisore microprocessore affidabile e a basso consumo è la nostra famiglia MAX6365, che presenta funzionalità di gating dell'alimentazione di backup e del chip-enable. 

Il circuito di supervisione MAX6365, alloggiato in un minimo pacchetto SOT23 a 8 pin, semplifica la supervisione dell'alimentazione, il controllo dell'alimentazione di backup e le funzioni di protezione della scrittura della memoria nei sistemi a microprocessore. Per applicazioni sempre attive come i controllori di ricompattatori, il regolatore lineare a basso consumo MAX6766 soddisfa il requisito. Il MAX6766 opera da 4V a 72V, fornisce fino a 100mA di corrente di carico e consuma solo 31µA di corrente di quiescenza.

Le smart grid portano maggiore efficienza e affidabilità nella fornitura di energia, migliorando anche la resilienza delle infrastrutture elettriche. Pertanto, quando progetterai il tuo prossimo controllore di ricompattatore, tieni presente le tecnologie sottostanti all'interno—tutte giocano un ruolo nel mantenere le luci accese.