Come scegliere un'unità di anello (Ring Main Unit) per la distribuzione urbana dell'energia

Comprensione delle esigenze della rete urbana e dei requisiti delle unità di derivazione ad anello (RMU)

Profili di carico ad alta densità e vincoli legati alla topologia dinamica della rete

La distribuzione dell'energia diventa estremamente complessa nelle città, dove persone e attività commerciali sono concentrate in spazi molto ristretti. La domanda di elettricità varia continuamente nel corso della giornata, raggiungendo il picco massimo durante l’orario di apertura degli uffici e diminuendo appena durante la notte. Le unità ad anello (Ring Main Units, o RMU), devono gestire tutte queste fluttuazioni senza interrompere l’erogazione di energia a nessun utente. In caso di interruzione dell’alimentazione in un’area urbana, le aziende subiscono perdite finanziarie molto rapide: secondo una ricerca condotta lo scorso anno dall’Istituto Ponemon, la perdita media ammonta a circa settecentoquarantamila dollari. È per questo motivo che una corretta installazione e configurazione delle RMU risulta così fondamentale. Gli ingegneri si trovano ad affrontare diversi problemi complessi: devono gestire sistemi automatici in grado di reindirizzare l’energia tra diverse parti della rete senza causare fastidiosi cali di tensione; devono inoltre integrare i pannelli solari, che immettono energia nella rete stessa, una funzionalità non prevista nella progettazione originaria; infine, necessitano di interruttori in grado di modificare in tempo reale la topologia della rete tramite comandi remoti, anziché dover attendere che qualcuno intervenga fisicamente sul campo.

Fattori ambientali severi: inquinamento, umidità, temperatura e limitazioni di spazio

Gli apparecchi di manovra installati nelle città affrontano serie sfide ambientali che, nel tempo, degradano gli equipaggiamenti standard. L'inquinamento proveniente dalle fabbriche lascia depositi conduttivi sugli isolatori, aumentando il rischio di pericolosi archi elettrici. Quando tali depositi si combinano con l'umidità costante presente nell'aria e con le brusche escursioni termiche tra tunnel sotterranei e tetti degli edifici, questi fattori accelerano la corrosione e l'usura dei materiali isolanti. Le unità ad anello (RMU) contrastano efficacemente tutti questi danni grazie a involucri stagni resistenti alla ruggine (con grado di protezione minimo IP67), sistemi di isolamento insensibili all'acqua e dimensioni ridotte che consentono un agevole inserimento all'interno di cabine di trasformazione o in locali interrati. Una ricerca pubblicata nel 2022 dall'IEEE ha dimostrato che la sostituzione degli apparecchi di manovra tradizionali con RMU ad isolamento gassoso ha ridotto, nelle zone costiere, i tassi di guasto causati dall'inquinamento di quasi quattro quinti. Anche il risparmio di spazio è altrettanto importante: infatti i modelli più recenti occupano meno della metà dello spazio richiesto dagli apparecchi di manovra più vecchi, pur gestendo carichi elettrici analoghi anche in condizioni di guasto.

Valutazione delle principali specifiche tecniche per le prestazioni dell’unità di anello

Classe di tensione, portata di corrente e stabilità termica nelle reti urbane in media tensione

La scelta del giusto livello di tensione, generalmente compreso tra 11 e 33 kV per le reti elettriche urbane, garantisce un funzionamento regolare in armonia con l’infrastruttura esistente. Per quanto riguarda le correnti nominali, queste devono essere superiori a quelle previste per il carico futuro: un errore frequente, che porta al prematuro guasto delle apparecchiature. Anche la resistenza al calore è altrettanto importante: i componenti devono sopportare carichi continui senza surriscaldarsi eccessivamente, poiché il calore eccessivo degrada l’isolamento molto più rapidamente di quanto desiderato. Secondo diversi rapporti sulla affidabilità, quasi 4 problemi su 10 nelle reti a media tensione derivano effettivamente da problematiche termiche. Per gli ingegneri che valutano le opzioni di equipaggiamento, diventa essenziale privilegiare sistemi dotati di monitoraggio integrato della temperatura per le sbarre collettore e di efficaci caratteristiche di dissipazione termica, in particolare nei casi di cabine di trasformazione interrate, dove la circolazione d’aria è naturalmente limitata.

Capacità di tenuta al cortocircuito e compatibilità con il livello di guasto

Le correnti di guasto nelle reti elettriche urbane tendono ad essere molto più elevate del normale, superando talvolta i 25 kA a causa dell’elevata interconnessione della rete. Per quanto riguarda le Unità di Chiusura ad Anello (RMU), la loro capacità di gestire cortocircuiti deve soddisfare o superare i requisiti previsti a livello locale. In caso contrario, si corre un concreto rischio di eventi dannosi in presenza di guasti. Devono inoltre essere effettuati diversi controlli fondamentali. Innanzitutto, verificare che l’unità sia in grado di interrompere correnti asimmetriche, ad esempio intorno ai 63 kA nelle aree metropolitane principali. Successivamente, accertarsi che rimanga stabile sotto l’azione delle forze elettromagnetiche note. Infine, confermare che gli indicatori di passaggio di guasto funzionino effettivamente con sufficiente rapidità, idealmente entro circa 20 millisecondi. Le apparecchiature che non soddisfano uno qualsiasi di questi requisiti potrebbero aumentare fino a tre volte la probabilità di guasti a catena nei sistemi di rete ad alta densità. Prima di acquistare nuovi dispositivi, consultare sempre innanzitutto i rapporti specifici sugli studi di guasto relativi al sito effettivo di installazione.

Scelta della tecnologia di isolamento ottimale per le installazioni di unità di anello urbano

Unità di anello isolate con gas SF₆, isolate in solido e isolate ad aria: compromessi tra ingombro, sicurezza e manutenzione

Quando si tratta di unità di derivazione (RMU) in ambienti urbani, la scelta del giusto isolamento è estremamente importante. Esistono tre principali opzioni: RMU isolate con gas SF6, RMU isolate in solido e RMU isolate ad aria, ciascuna con i propri vantaggi e svantaggi. Le RMU isolate con gas occupano meno spazio, un fattore cruciale nelle aree di sottostazioni particolarmente ristrette. Inoltre, offrono una protezione superiore contro gli archi elettrici grazie alle eccellenti proprietà isolanti dell’SF6. Tuttavia, esiste un inconveniente: queste unità richiedono una gestione speciale del gas e le autorità regolatorie stanno rendendo sempre più stringenti i requisiti per l’uso dell’SF6, poiché il suo impatto ambientale è estremamente elevato (circa 24.300 volte peggiore di quello della CO2). I modelli isolati in solido risolvono completamente il problema dei gas serra utilizzando materiali come l’epossidico o le termoplastiche come barriere isolanti. Inoltre, sono circa il 40% più piccoli rispetto alle versioni isolate ad aria, pur rispettando lo standard IP67 per la resistenza alle intemperie. Il fatto che non richiedano manutenzione periodica li rende ideali per le reti elettriche intelligenti delle smart city, anche se presentano difficoltà nel gestire carichi superiori a 630 A per lunghi periodi. Le unità isolate ad aria potrebbero essere più economiche all’acquisto e fisicamente più robuste, ma occupano il 60–80% in più di spazio durante l’installazione. Inoltre, si sporcano più rapidamente in zone come le città costiere, dove l’umidità trasporta aerosol salino e altri inquinanti. Per quanto riguarda la manutenzione, le unità con SF6 richiedono normalmente un controllo per perdite ogni due anni circa; quelle isolate in solido necessitano solo di ispezioni occasionali, mentre i modelli isolati ad aria accumulano sporcizia così velocemente da richiedere pulizie ogni tre mesi nelle aree fortemente inquinate. Analizzando la tolleranza al calore, le unità isolate in solido continuano a funzionare correttamente anche a temperature fino a 65 °C, ottenendo quindi un vantaggio di circa 15 gradi rispetto ai corrispondenti modelli isolati ad aria, secondo recenti test termici condotti da ZWU nel 2024.

Miglioramento dell'affidabilità e dell'integrazione nella rete intelligente nel contesto dell'installazione delle unità anulari (Ring Main Unit)

Funzioni integrate di protezione: indicazione del passaggio di guasto, comando motorizzato degli interruttori e prontezza per SCADA/IEC 61850

Le unità di distribuzione ad anello odierne sono dotate di tecnologie di protezione essenziali che rendono le reti elettriche urbane molto più resilienti ai disturbi. Prendiamo, ad esempio, l’indicazione del passaggio di guasto (FPI). Questo sistema individua con notevole rapidità la posizione dei guasti, riducendo così la durata delle interruzioni, poiché gli operatori possono concentrare gli interventi di riparazione esattamente dove necessario. Vi è poi la commutazione motorizzata, che consente agli operatori di controllare tali unità da remoto, da postazioni sicure, evitando di inviare personale in situazioni pericolose durante tempeste o altre emergenze. I sistemi SCADA abbinati allo standard IEC 61850 permettono una condivisione in tempo reale di svariate informazioni tra le diverse parti della rete, grazie a protocolli di comunicazione comuni. Cosa significa ciò? Significa che le unità di distribuzione ad anello non sono più semplici componenti passivi, bensì nodi intelligenti all’interno dell’infrastruttura complessiva della rete. Grazie a tutte queste integrazioni, i gestori della rete ottengono segnali precoci di potenziali problemi manutentivi, un controllo più efficace su diversi punti di distribuzione contemporaneamente e persino aggiustamenti automatici per ridistribuire i carichi ogni qualvolta si verifichi un’anomalia in qualche punto del sistema.

Queste funzionalità supportano reti urbane autorigeneranti, riducono al minimo i tempi di inattività e migliorano l'interoperabilità all'interno degli ecosistemi delle utility, consentendo agli operatori di implementare strategie di manutenzione predittiva che riducono i costi operativi e prolungano la vita utile dei sistemi.