SLD della Sottostazione: Cosa Mostra

Un diagramma unifilare è senza dubbio il disegno più essenziale ma anche il più frequentemente ignorato in una sottostazione. Sebbene non funzioni come un diagramma di costruzione e non sia disegnato in scala, nasconde convenientemente due fasi su tre. Tuttavia, ogni studio di cortocircuito, ogni impostazione di protezione, ogni registro di apparecchiature di manovra e ogni etichetta di Arc Flash risale al diagramma unifilare. Qualsiasi errore o ritardo nell'aggiornamento porta a successivi errori in tutti gli altri documenti correlati.

Il diagramma unifilare è, infatti, il disegno più importante ma spesso trascurato in una sottostazione. Non è un diagramma di costruzione né è prodotto in scala, eppure nasconde facilmente due terzi delle fasi. Indipendentemente da questo fatto, ogni studio di cortocircuito, impostazione di protezione, registro di apparecchiature di manovra e etichetta di Arc Flash possono essere ricondotti al diagramma unifilare. Qualsiasi errore e omissione relativi all'aggiornamento possono comportare errori in tutti i documenti correlati.

Cosa è un SLD e cosa non è

Un diagramma unifilare, noto anche come SLD, è un diagramma in cui i sistemi di alimentazione trifase sono rappresentati da una linea per ciascun collegamento elettrico. Poiché le macchine elettriche sono costruite allo stesso modo per due fasi, possono utilizzare una configurazione non solo per una fase ma per tutte e tre contemporaneamente. I simboli utilizzati nell'SLD determinano quale aggiornamento della macchina è impiegato in ciascun punto dell'SLD. Per essere flessibile, l'SLD aderisce a un certo numero di regole specificate. In Nord America, significa utilizzare simboli composti secondo lo Standard IEEE 315; in altre parti del mondo, si raccomanda l'uso dei simboli IEC 60617.

I dispositivi sono rappresentati dalle loro posizioni nell'SLD, mentre le priorità delle installazioni elettriche sono rappresentate in altri tipi di disegni. Ciò significa che ovunque non possano essere mostrati entrambi gli schemi, sarà visualizzato lo schema elettrico.

La distinzione tra un diagramma unifilare come strumento di studio e come documento di costruzione è importante, perché la pratica statunitense traccia una linea più netta tra i due rispetto alla maggior parte dei mercati IEC, come spiega un diagramma unifilare (single-line) nella pratica delle utility e industriale statunitensi stabilisce.

Cosa deve mostrare ogni SLD

Un SLD è completo solo se include tutti i dettagli richiesti. Lasciare fuori qualsiasi cosa non permetterà all'SLD di svolgere il suo scopo di funzionare con gli studi per cui è stato progettato:

• Bus, contenenti nome o numero e tensione nominale. La rappresentazione apparirà come una linea spessa.
• Trasformatori, dove è necessario indicare potenza nominale e tensioni, impedenza in percentuale, connessione (delta o stella), messa a terra e intervallo di tapping, insieme alla somiglianza degli avvolgimenti.
• Generatori, le informazioni che devono essere fornite includono potenza nominale, tensione ai terminali, fattore di potenza, reattanze e messa a terra neutra.
• Linee e cavi: lunghezza, tipo di conduttore o cavo e impedenza.
• Dispositivi di commutazione: interruttori automatici, sezionatori e interruttori fusibili insieme alle loro classificazioni e posizioni.
• Trasformatori strumentali, con rapporti di trasformatori di corrente e tensione e quali funzioni di relè questi trasformatori alimentano.
• Carichi e macchinari: potenza nominale, fattore di potenza e dati iniziali sull'avviamento in caso di grandi motori.
• Compensazione: banco di condensatori e reattori con le loro valutazioni in Mvar.

Questa lista è anche la ragione per la conversione del SLD in uno schema di impedenza per unità per gli studi. Ogni componente sarà sostituito dal suo equivalente in per-unit basato sul sistema di riferimento scelto e il sistema risultante è ciò che il software di flusso di carico o cortocircuito risolverà.

Lettura dei Simboli

Sintonizzarsi sul linguaggio visivo è un compito semplice dopo aver appreso le basi. Una macchina in rotazione appare come un cerchio con un simbolo accanto alla lettera: G per generatore, M per motore. Un trasformatore con due bobine appare come due cerchi avvolti, o, in un numero di diagrammi nordamericani come due simboli di avvolgimento opposti con simboli delta o stella accanto e simbolo di terra vicino a qualsiasi prodotto di terra in corso. Le barre collettrici appaiono come linee spesse con linee più leggere intorno che indicano circuiti in uscita. Un interruttore automatico appare come un piccolo quadrato nella tradizione ANSI, mentre negli schemi IEC può essere rappresentato come il simbolo del contratto con una parola specifica. Il disconnettore funziona come una lama aperta perché, a differenza di un interruttore automatico, non è classificato per il lavoro ed è tipicamente usato quando non c'è energia. I fusibili sono rappresentati come zigzag o rettangoli sulle linee di disegno.

La prima cosa, che viene sempre fatta in modo errato mentre si legge un SLD per la prima volta, è confondere due dispositivi vicini tra loro. Un interruttore automatico e un disconnettore in serie possono sembrare simili ma forniscono servizi completamente diversi: un interruttore automatico interrompe effettivamente i cortocircuiti mentre il disconnettore fornisce isolamento visibile. La pratica di manutenzione, che confonde uno con l'altro, è la ragione stessa degli incidenti.

Numeri dei Dispositivi e gli Equivalenti IEC 61850

I numeri nei piccoli cerchi accanto ai trasformatori di corrente indicano le funzioni di queste protezioni anche prima di fare riferimento a qualsiasi chiave. In conformità con IEEE C37.2-2022, 95 numeri di funzione dei dispositivi e 22 acronimi sono validi, e normalmente si incontreranno i seguenti:

• 52 — interruttore automatico AC (esclude il relè stesso)
• 50 / 51 — sovracorrente istantanea / sovracorrente temporale
• 87 / 87T / 87B — protezione differenziale, protezione differenziale del trasformatore, protezione differenziale della barra collettiva
• 27 / 59 — sottotensione / sovratensione
• 25 — controllo di sincronismo
• 79 — riattivazione automatica
• 86 — relè fuori servizio

Le lettere alla fine dei numeri restringono la funzione a una certa forma, ad esempio, 51P-1 è il primo passo nella funzione di sovracorrente temporizzata in fase. L'IEC utilizza designazioni diverse per le stesse funzioni. Ad esempio, l'IEC 60617 utilizza simboli semplici per quantità e confronto, come I> per sovracorrente. L'IEC 61850 definisce ciascuna funzione come un'istanza di nodi logici, ad esempio, PTOC per sovracorrente temporizzata. I produttori di relè utilizzano tutte e tre le designazioni in modo che i clienti possano trovare le definizioni dei relè utilizzando uno dei tre standard. Ad esempio, il manuale per il relè di alimentazione ABB REF615 dà al suo relè di sovracorrente non direzionale trifase a bassa fase le designazioni di PHLPTOC secondo l'IEC 61850, 3I> secondo l'IEC 60617, 51P-1 in IEC-ANSI.

Nella figura, sono mostrati solo i circuiti secondari dei trasformatori nella loro versione semplificata, cioè sono disegnate solo le polarità delle tensioni senza i loro percorsi di ritorno. Questo rende più facile leggere il circuito. I dispositivi collegati a quei circuiti — relè, misuratori, trasduttori — ottengono il circolo. Un'installazione che segue quella disciplina dall'inizio alla fine, dai trasformatori di corrente da 10 kV in interno che forniscono i circuiti del relè fino ai pannelli relè su cui terminano, è un sito dove il SLD rimane utile per decenni invece di diventare un documento storico.

I Tre Diagrammi di cui un Sottostazione Ha Veramente Bisogno

Un sistema standard può produrre numerosi diagrammi unifilari, ciascuno realizzato per uno scopo specifico, e mescolarli porta a complicazioni serie:

• Il diagramma di studio mostra la sottostazione ridotta a barre e collegamenti tra di esse per la sua soluzione tramite software di flusso di carico o cortocircuito.
• Il diagramma operativo rappresenta tutti gli interruttori automatici e gli isolatori in configurazione nodo-interruttore, poiché l'operatore deve comprendere quale interruttore alimenta quale cella e che tutti i dispositivi illustrati sono normalmente nella loro modalità predefinita, il che rende facile individuare un legame di barra che è normalmente aperto.
• Il diagramma di protezione mostra le posizioni di CT e VT insieme alle funzioni di relè che esse svolgono, così come gli interruttori automatici che qualsiasi relè attiva.

In situazioni in cui qualcosa non può essere chiaramente indicato nel diagramma unifilare — polarità del trasformatore di corrente, connessione dei dispositivi di misurazione — viene utilizzato un diagramma trifilare che mostra il neutro insieme a tutte e tre le fasi, il che è piuttosto un'eccezione e non una pratica generale.

Disposizioni delle Barre Collettori e Cosa Ti Dicono

Il design delle barre collettori in una rappresentazione schematica di un sistema di potenza riflette sia la sua efficienza che il prezzo. Pertanto, è di solito la prima cosa che un esperto qualificato considera:

• Barra singola – la soluzione più semplice ed economica. Qualsiasi guasto o riparazione di una barra collettori porterà a un'interruzione della barra e alla chiusura dell'intero circuito collegato a quella barra. Questo design funziona bene per stazioni di distribuzione minori, ma è inaccettabile nel caso di una consegna di energia più vitale.
• Doppio bus – interruttore singolo o doppio. Un'installazione di un secondo busbar aiuta nel trasferimento dei carichi; il metodo dell'interruttore doppio consente operazioni sul busbar senza necessità di spegnere il bus, il che, tuttavia, aumenta i costi.
• Bus ad anello – un'organizzazione del sistema bus in un cerchio, con tutti i circuiti alimentati elettricamente da due lati. In questo caso, qualsiasi interruzione di un interruttore può essere facilmente riparata.
• Interruttore e mezzo – tre interruttori per soli due circuiti, permettendo a tutti i carichi di rimanere alimentati anche se un bus o un interruttore malfunziona. È una soluzione standard per sistemi elettrici importanti.
• Busbar principale e di trasferimento – questo implica un busbar aggiuntivo e un interruttore di trasferimento, quindi è possibile spegnere l'interruttore mentre la linea rimane attiva.

Esaminare le configurazioni dei busbar è il modo più rapido per determinare quanta resistenza alle interruzioni ha un sistema, il che spiega la grande differenza di costo tra sottostazioni simili. La questione più ampia dell'attrezzatura – di cosa ha bisogno una stazione completa e quanto costa – è trattata in questa revisione di cosa include effettivamente un pacchetto completo di sottostazione per acquirenti internazionali.

Bays, Switchgear e il Confine del Diagramma

L'SLD ha diverse categorie di bays tra cui bays di linea in ingresso, bays di trasformatori, bays di accoppiamento bus o bays di sezione bus, bays di alimentazione e bays di condensatori o reattori. Ogni bay è un'unità che ha il proprio interruttore e disconnettori, VTs, CTs e interruttore di terra, mentre a seconda della posizione dell'SLD sulla pagina, ogni bay viene letto da un'estremità all'altra.

Ciò che appare sull'SLD come simboli integrati in un bay rappresenta in realtà una considerevole quantità di attrezzature reali. Nella maggior parte dei casi sulle applicazioni di switchgear isolato ad aria a media tensione, il bay appare come un'unità estraibile racchiusa in metallo e il layout fisico dei simboli fa la differenza tra la rappresentazione pittorica e l'attrezzatura reale designata nella specifica. A assemblaggio di switchgear metallico estraibile da 12 kV è l'hardware in cui un tipico bay SLD a bus singolo o doppio si risolve in loco. Due bays nel disegno, un'involucro nella realtà.

GIS e IEC 61850: Due Cose Che Cambiano il Disegno

Negli ultimi dieci anni, due cose hanno cambiato il modo in cui vengono realizzati gli SLD.

La prima è l'emergere di switchgear isolato a gas. A differenza dell'AIS dove interruttori, disconnettori e interruttore di terra sono disegnati separatamente nel diagramma (perché l'attrezzatura è situata all'aperto), un bay GIS è solitamente rappresentato come un blocco unico poiché tutta l'attrezzatura è in un involucro sigillato. Se ti capita di imbatterti in un disegno che mostra il layout GIS secondo i principi AIS, si tratta di un disegno legacy o semplicemente di un errore.

Il secondo sviluppo è IEC 61850 e bus di processo. Nel caso dell'unità di fusione, i segnali analogici vengono digitalizzati e trasmessi tramite fibra, mentre la connessione fisica non indica quale ingresso analogico viene utilizzato dal dispositivo elettronico intelligente (IED). La correlazione diretta di CT e ingresso relè diventa un insieme di dati che il sistema può eventualmente utilizzare piuttosto che una connessione diretta.

IEC 61850 ha anche consentito la creazione di disegni leggibili dalle macchine. Il diagramma unifilare è ora trasformato in dati poiché il Linguaggio di Configurazione della Sottostazione specificato in IEC 61850-6 può descrivere l'SLD e i suoi componenti in forma di dati.

Come Preparare un SLD

Siamo realistici: il processo è noioso e la sequenza è importante:

• Imposta i limiti del progetto. Specifica la fonte di energia e il punto finale del diagramma. Dopo di che nessuno si opporrà alla tua conclusione.
• Raccogli le informazioni sulla fonte utilizzata. Questo include il suo livello di guasto, punto di connessione, impedenza, informazioni sui trasformatori utilizzati inclusi il suo intervallo di tap e gruppo vettoriale, informazioni sui CT e VTs utilizzati in connessione.
• Posiziona il diagramma verticalmente con le fonti in alto e i carichi in basso.
• Posiziona gli interruttori. Gli interruttori aperti come legami devono essere contrassegnati come tali senza essere sepolti nelle note.
• Aggiungere i dispositivi al diagramma elettrico. Includere la posizione di CT e VT, numeri dei dispositivi o nomi IEC 61850 e la matrice di intervento.
• Annotare le potenze nominali. Un interruttore automatico senza i parametri è privo di significato.
• Controllare i dati con gli studi reali condotti e confrontarli con il SLD. Se non concordano, significa che o la conclusione è errata o lo studio stesso è errato.
• Stampa come documento controllato con una casella di revisione. Un SLD senza controllo cessa di essere valido e affidabile entro un anno.

Perché un SLD obsoleto è peggio di nessun SLD

Un progetto basato su un diagramma obsoleto fornisce risultati erronei in modo affidabile. Tutti gli studi sui circuiti e i calcoli di arco elettrico iniziano con il diagramma unifilare, e questo diagramma è parte di qualsiasi rapporto di arco elettrico ed è importante per un cantiere. Ciò significa che un diagramma obsoleto si traduce direttamente in valutazioni dell'attrezzatura, tipi di DPI e impostazioni dei dispositivi di protezione. Il problema non è “non sappiamo” ma “pensiamo di sapere ma il numero è sbagliato”.

Ecco perché il diagramma unifilare guadagna i suoi soldi due volte: prima quando l'attrezzatura è progettata e seconda quando qualcuno lavora con l'attrezzatura. Mantenere aggiornato il diagramma unifilare è un lavoro che richiede manutenzione piuttosto che ingegneria ed è di solito la prima cosa da dimenticare.

FAQ

Cos'è il SLD della sottostazione?

Il SLD della sottostazione si riferisce al diagramma alfabetico che mostra il collegamento elettrico e l'isolamento dell'attrezzatura del sistema di potenza. Tutti i circuiti trifase nel diagramma sono rappresentati da una singola linea. Ogni apparecchiatura nel diagramma è mostrata da un linguaggio simbolico con numeri che designano i suoi tipi.

Qual è il significato di SLD in elettrico?

Un diagramma unifilare, spesso chiamato diagramma unifilare o diagramma unifilare, prende il suo nome dalla rappresentazione delle tre fasi dell'attrezzatura di potenza in una singola linea. Nei mercati IEC, le regole di disegno derivano da IEC 61082-1, mentre i simboli sono tratti da IEC 60617 o IEEE Std 315 in Nord America, rispettivamente.

Cos'è un SLD in costruzione?

Nelle applicazioni di costruzione, il diagramma unifilare è il documento che definisce l'ambito elettrico: quali alimentatori sono disponibili, chi se ne occupa e quali valori vengono utilizzati. Gli appaltatori lo utilizzano per la valutazione dei costi dell'interruttore e del programma dei cavi; e i team di messa in servizio lo utilizzano per stabilire il programma di commutazione e verificare se l'attrezzatura fornita è in linea con il progetto.

Come preparare un SLD?

Nel lavoro di costruzione, il diagramma unifilare fornisce informazioni riguardo agli elementi elettrici come cosa è stato alimentato, cosa lo alimenta e come. Gli appaltatori utilizzano questo documento quando valutano i costi dell'interruttore e del programma dei cavi, mentre i team di messa in servizio lo seguono per stabilire il programma di commutazione e vedere se l'attrezzatura fornita corrisponde al progetto.

Riferimenti

1. Portale di Ingegneria Elettrica — Comprendere i diagrammi unifilari delle sottostazioni e il bus di processo IEC 61850
2. SEL (Schweitzer Engineering Laboratories) — guide all'applicazione della protezione e numerazione delle funzioni dei dispositivi in pratica
3. Hitachi Energy — automazione delle sottostazioni, sistemi IEC 61850 e documentazione del portafoglio degli interruttori
4. Siemens Energy — materiale di riferimento per sottostazioni ad alta tensione e sottostazioni digitali
5. GE Vernova — documentazione delle soluzioni di rete su schemi di protezione e progettazione di sottostazioni
6. Mitsubishi Electric — pubblicazioni tecniche su distribuzione di energia e attrezzature per sottostazioni
7. NFPA — NFPA 70E, che richiede un diagramma unifilare aggiornato per la documentazione dell'arc-flash
8. Commissione Elettrotecnica Internazionale — IEC 61082-1, IEC 60617, IEC 81346 e IEC 61850-6

Conclusione

Il diagramma unifilare di una sottostazione è un diagramma relativamente piccolo con una grande funzione. Specifica le connessioni, quale relè attiva quale interruttore, e quali valutazioni si applicano, e molto dipende dal fatto che sia corretto e aggiornato: tutto, dallo studio dei guasti al piano operativo, si basa su di esso. Leggilo, così com'è, presta attenzione ai numeri assegnati ai dispositivi e considera la modifica come parte del diagramma e non un'aggiunta. Per lavori di retrofit e estensione, la stessa disciplina si applica dalla prima indagine sul sito, che è l'approccio alla base dei progetti di aggiornamento delle sottostazioni della rete di utilità che partono da un'organizzazione esistente.