Come scegliere un quadro elettrico MT affidabile per i sistemi di alimentazione industriale?

Cos’è un quadro elettrico MT e perché è fondamentale per i sistemi di alimentazione

Il quadro elettrico a media tensione (MT) controlla e protegge i circuiti elettrici compresi tra 600 V e 69 kV: rappresenta una componente fondamentale dell’attuale infrastruttura elettrica. Questo equipaggiamento isola i guasti in pochi millisecondi, prevenendo malfunzionamenti a catena su tutta la rete. Per fare un esempio, i fermi non programmati costano alle strutture industriali oltre 740.000 USD all’ora (Ponemon Institute, 2023), rendendo essenziale l’interruzione rapida dei guasti.

Gli apparecchi di commutazione in media tensione (MV) consentono una distribuzione sicura e affidabile dell'energia nelle reti urbane, negli impianti industriali e nei progetti di energia rinnovabile. Le loro funzioni di protezione salvaguardano trasformatori, cavi e altri asset a valle dai danni causati da sovratensioni o cortocircuiti, riducendo i rischi di incendio, distruzione delle attrezzature e fermi prolungati.

Questa tecnologia supporta inoltre l’integrazione delle fonti rinnovabili stabilizzando gli apporti variabili provenienti da parchi solari ed eolici prima dell’immissione nella rete. Con l’aumento della domanda energetica e l’accelerazione del processo di decarbonizzazione, gli apparecchi di commutazione in media tensione diventano indispensabili per garantire un equilibrio tra affidabilità, sicurezza ed efficienza operativa nelle reti elettriche in continua evoluzione.

Principali tipologie di apparecchi di commutazione in media tensione: isolati in aria vs. isolati in gas vs. isolati in materiale solido

Gli apparecchi di commutazione in media tensione sono disponibili in tre configurazioni principali, ciascuna con tecnologie di isolamento distinte e vantaggi operativi specifici. La scelta del tipo ottimale dipende da vincoli spaziali, fattori ambientali e requisiti di affidabilità, influenzando direttamente sicurezza e resilienza del sistema.

Caratteristiche e casi d’uso degli apparecchi di commutazione isolati in aria (AIS)

Gli apparecchi di manovra isolati in aria utilizzano l'aria ambiente come principale materiale isolante, il che significa che l'installazione tende a essere più semplice e i costi iniziali rimangono relativamente contenuti rispetto ad altre soluzioni. Il sistema richiede una maggiore distanza tra i componenti sotto tensione a causa del suo funzionamento, pertanto questa configurazione è particolarmente indicata in luoghi dove è disponibile abbondante spazio, come grandi sottostazioni all’aperto o estesi complessi industriali. Sebbene l’accesso ai punti di manutenzione non presenti alcuna difficoltà, gli operatori devono sapere che umidità, accumulo di polvere ed esposizione a sostanze chimiche aggressive possono compromettere progressivamente le prestazioni nel tempo. È quindi fondamentale effettuare una corretta selezione del sito al fine di garantire un’elevata affidabilità a lungo termine.

Vantaggi degli apparecchi di manovra isolati in gas (GIS) negli ambienti con limitazioni di spazio

Gli interruttori isolati a gas (GIS) utilizzano l’esafluoruro di zolfo (SF6) come mezzo isolante, consentendo a questi sistemi di occupare circa il 70% in meno di spazio rispetto ai tradizionali interruttori isolati ad aria (AIS). Le dimensioni ridotte rendono i GIS particolarmente utili in contesti in cui lo spazio è limitato, come nelle cabine elettriche situate nei centri urbani, negli edifici alti, nelle installazioni sotterranee e persino nei siti minerari profondi. Ciò che rende l’SF6 così efficace sono le sue eccezionali proprietà dielettriche, che contribuiscono a prevenire archi elettrici e a mantenere la stabilità del sistema anche in condizioni di carico elevato. Tuttavia, esiste un aspetto critico: poiché l’SF6 è un potente gas serra, il suo utilizzo richiede una formazione specifica e il rispetto di rigorose normative ambientali. Molte aziende dispongono ormai di team dedicati esclusivamente alla gestione sicura di questo tipo di apparecchiature.

Interruttori isolati a materiale solido (SIS) per maggiore sicurezza e sostenibilità

La tecnologia SIS avvolge i conduttori in resina epossidica o gomma siliconica, eliminando così quei dannosi gas SF6 e altre emissioni di gas serra fluorurati. Ciò significa, nella pratica, che l’acqua non può penetrare all’interno, non si verifica alcuna corrosione e nessun contaminante compromette il sistema. Il risultato? Un funzionamento affidabile anche quando installata in prossimità delle coste, in climi tropicali o in qualsiasi luogo dove i livelli di umidità tendono ad essere elevati. Poiché richiede poca manutenzione e non è influenzata dalla presenza di sporco o detriti sulla sua superficie, un numero sempre maggiore di aziende sta adottando soluzioni SIS per i propri progetti di parchi solari, stazioni di ricarica per veicoli elettrici (EV) e praticamente qualsiasi infrastruttura in cui, ai giorni nostri, le caratteristiche ecologiche rivestono un’importanza fondamentale.

Principali scenari applicativi per gli interruttori di media tensione nei vari settori industriali

Gli interruttori di media tensione costituiscono la spina dorsale della sicurezza e dell'affidabilità elettrica nei settori delle infrastrutture critiche, dove la continuità operativa è un requisito imprescindibile.

Stazioni di trasformazione elettrica e interconnessione alla rete

Nelle reti di trasmissione e distribuzione, gli interruttori di media tensione regolano il flusso di potenza, isolano i guasti durante le interruzioni e mantengono la stabilità della tensione per milioni di utenti. Le unità di anello (RMU) sono ampiamente utilizzate nella distribuzione urbana per consentire un'alimentazione sezionalizzata con ridondanza integrata e impatto spaziale minimo.

Impianti industriali che richiedono elevata affidabilità e gestione dei guasti

Fabbriche, raffinerie di petrolio e centri di grandi dati dipendono tutti da quadri elettrici in media tensione per proteggere le costose apparecchiature e garantire la sicurezza degli operatori. Questi sistemi fungono da protezione per motori, azionamenti industriali e pannelli di controllo dei processi critici contro picchi improvvisi di tensione e cortocircuiti pericolosi, che potrebbero danneggiare gravemente le attrezzature. In caso di guasti all’alimentazione principale, gli interruttori automatici di trasferimento (ATS) entrano in funzione per evitare il blocco delle operazioni: consentono infatti alle strutture di passare automaticamente ai generatori di riserva senza interrompere la produzione, motivo per cui molti responsabili di impianto considerano l’installazione di ATS essenziale per la pianificazione della continuità operativa.

Integrazione delle energie rinnovabili (parchi eolici/fotovoltaici)

Sia gli impianti solari che i parchi eolici fanno affidamento su quadri elettrici in media tensione per svolgere funzioni fondamentali, come la sincronizzazione con la rete, la riduzione delle armoniche e il mantenimento di livelli di tensione adeguati. Per quanto riguarda i progetti eolici offshore, i quadri elettrici isolati a gas (GIS) sono diventati la scelta privilegiata, poiché questi sistemi occupano meno spazio, resistono ai danni causati dall’acqua salata e non richiedono una manutenzione costante — un vantaggio significativo quando i tecnici devono recarsi in mare aperto per effettuare riparazioni. Per gli impianti solari su terra, i quadri elettrici isolati in materiale solido (SIS) stanno guadagnando popolarità grazie al loro profilo ambientale favorevole, alla maggiore durata e alla possibilità di funzionare senza monitoraggio regolare. Molti operatori apprezzano particolarmente questa caratteristica, dato che i siti solari remoti spesso non dispongono di squadre di manutenzione nelle vicinanze.

Come selezionare il quadro elettrico in media tensione appropriato: fattori tecnici e operativi critici

Livello di tensione nominale, capacità di sopportazione di cortocircuito e requisiti di manovra

Nella scelta di quadri elettrici in media tensione, iniziare confrontando le specifiche tecniche con le effettive esigenze del sito. Verificare se le tensioni nominali sono in grado di gestire sia il funzionamento normale che le condizioni di picco. Oggi la maggior parte delle installazioni industriali opera nell’intervallo compreso tra 3,3 kV e circa 36 kV. L’apparecchiatura deve inoltre essere in grado di sopportare i cortocircuiti. Se non è in grado di gestire le correnti di guasto presenti in quel determinato punto, si potranno verificare gravi problemi futuri, sia dal punto di vista della sicurezza che da quello economico. Valutare la frequenza con cui avvengono le manovre di interruzione. Gli interruttori a vuoto risultano generalmente più adatti quando le manovre di apertura e chiusura sono molto frequenti, come nel caso, ad esempio, di banchi di condensatori. Tuttavia, gli apparecchi a SF₆ conservano ancora un ruolo importante nei casi in cui le manovre sono rare ma richiedono un’interruzione particolarmente robusta. Sistemi critici, quali gli interruttori automatici di trasferimento o le linee di alimentazione di emergenza, richiedono un’attenzione particolare. Assicurarsi che i poteri di interruzione dichiarati soddisfino effettivamente le condizioni di guasto più gravose previste dalla norma IEC 62271-100.

Analisi delle condizioni ambientali, delle esigenze di manutenzione e dei costi del ciclo di vita

La resistenza delle attrezzature alle condizioni ambientali ha un impatto reale sulla loro durata, sulla sicurezza operativa nel tempo e sulle spese complessive sostenute. Analizzando diversi ambienti, fattori quali temperature estreme, livelli di umidità, aria salina nelle zone costiere, accumulo di polvere e presenza di sostanze chimiche rivestono tutti un’importanza significativa. Lo standard IEC 62271 contribuisce a classificare tali rischi. La maggior parte delle installazioni interne richiede almeno un grado di protezione IP2X, ma le esigenze cambiano quando le attrezzature vengono installate all’esterno o in prossimità di aree marine, dove diventa necessario un grado di protezione IP54 o superiore. Anche i requisiti di manutenzione variano notevolmente a seconda del tipo di sistema. I sistemi AIS richiedono generalmente ispezioni ogni tre mesi, oltre a regolari interventi di pulizia. I sistemi GIS necessitano di personale specializzato, in grado di gestire correttamente i gas e di rilevare eventuali perdite. I sistemi SIS si distinguono invece per la minore frequenza di interventi richiesti, riducendo complessivamente il lavoro di manutenzione programmata di circa il 40% rispetto alle alternative AIS.

Effettuare un'analisi olistica dei costi sul ciclo di vita che valuti:

Privilegiare soluzioni modulari e scalabili in grado di supportare la crescita futura dei carichi o l’aggiornamento tecnologico, evitando sostituzioni complete al momento dell’ampliamento della capacità o dell’integrazione di funzionalità di monitoraggio digitale.

Domande Frequenti

Qual è la funzione principale delle apparecchiature di comando e protezione in media tensione (MV)?

Le apparecchiature di comando e protezione in media tensione (MV) controllano e proteggono i circuiti elettrici, isolando i guasti entro pochi millisecondi per prevenire malfunzionamenti e garantire una distribuzione sicura ed affidabile dell’energia.

In che modo le apparecchiature di comando e protezione in media tensione (MV) si integrano con le fonti di energia rinnovabile?

Le apparecchiature di comando e protezione in media tensione (MV) stabilizzano gli apporti variabili provenienti da impianti solari ed eolici prima dell’immissione nella rete, favorendo l’integrazione delle energie rinnovabili e assicurando al contempo un’efficienza operativa.

Quali fattori devono essere presi in considerazione nella scelta delle apparecchiature di comando e protezione in media tensione (MV)?

Considerare la tensione nominale, la capacità di sopportare cortocircuiti, le condizioni ambientali, le esigenze di manutenzione e i costi associati al ciclo di vita nella scelta delle apparecchiature di comando e protezione in media tensione.

Quali sono i vantaggi dell'utilizzo di apparecchiature di comando e protezione con isolamento solido?

Le apparecchiature di comando e protezione con isolamento solido offrono una maggiore sicurezza e sostenibilità, eliminando i gas SF6, garantendo resistenza alle intemperie e richiedendo una manutenzione ridotta.