Una sottostazione elettrica è un elemento della rete elettrica utilizzato sia per la trasmissione che per la distribuzione dell'energia elettrica . Consente di aumentare la tensione elettrica per la sua trasmissione, quindi di abbassarla per il consumo da parte dell'utenza (privata o industriale). Le sottostazioni sono quindi ubicate alle estremità delle linee di trasmissione o distribuzione. Si parla anche di una sottostazione , tra le altre nelle ferrovie .
Secondo la definizione della Commissione Elettrotecnica Internazionale , una cabina elettrica è “parte di una rete elettrica , ubicata in un luogo, comprendente principalmente le estremità di linee di trasmissione o distribuzione, apparecchiature elettriche , edifici ed, eventualmente, trasformatori ” .
Le sottostazioni elettriche hanno tre funzioni principali:
Per la trasmissione dell'energia elettrica è economicamente vantaggioso aumentare la tensione, perché questo riduce le perdite di energia per effetto Joule . Infatti, a potenza erogata costante, maggiore è la tensione, minore è la corrente che attraversa i cavi, quindi minore è il riscaldamento, che consente, tra l'altro, di ridurre la sezione dei cavi, con conseguente risparmio notevole.
I livelli di tensione utilizzati per trasmissioni si lunga distanza sono generalmente compresi tra 400 e 800 kV , descritto come molto alta tensione o corrente ad alta tensione B . La tensione viene quindi ridotta per il consumo a un livello di tensione normale, ovvero 230 V in Europa e America Latina, o 110 V in Nord America.
Prendiamo il tipico esempio di una centrale nucleare . L'energia elettrica è prodotta dalla centrale, quindi passa attraverso:
Nel caso di un privato, l'energia elettrica deve passare attraverso una sottostazione di sorgente , che è una cabina di trasformazione HTB / HTA , per essere poi immessa nella rete di distribuzione. Le cabine di sorgente sono dotate di trasformatori AT/MT, cioè da 63 a 225 kV per la tensione AT , e da 10 a 20 kV per la tensione MT. Quindi, la tensione viene nuovamente modificata da un trasformatore HTA/ BT (400 V in BT) prima di raggiungere un privato.
Esistono due tecnologie principali per le sottostazioni ad alta tensione:
La cosiddetta tecnologia schermata presenta vantaggi tecnici rispetto alla cosiddetta tecnologia convenzionale: compattezza, affidabilità, ridotta manutenzione. Tuttavia, il suo costo di produzione rappresenta un investimento superiore a quello della tecnologia convenzionale. Un'analisi del costo del ciclo di vita , integrando gli aspetti del costo del terreno, dell'investimento, dell'affidabilità, della manutenzione ( rilevamento delle perdite ) e infine del riciclo del gas SF6 e dello smantellamento, può mostrare che in definitiva è complessivamente meno costoso. Ma le conclusioni di questo tipo di analisi dipendono fortemente dal costo del terreno in cui si trova la stazione.
Esistono diversi tipi di sottostazioni:
L'aspetto delle sottostazioni varia notevolmente a seconda delle loro funzioni. Le stazioni possono essere in superficie all'interno di un recinto, sotterraneo, negli edifici che servono.
Le stazioni di distribuzione elettrica sono gli ultimi collegamenti nella trasformazione dell'energia. Questi sono trasformatori che abbassano l'alta tensione in bassa tensione. Un post di distribuzione, qualunque sia la sua forma, si divide in due categorie: il post pubblico e il post privato.
Una sottostazione pubblica abbassa la tensione su una rete a bassa tensione e questa rete a bassa tensione è condivisa tra un certo numero di abbonati. Una cabina privata abbassa la tensione e alimenta una rete a bassa tensione che alimenta un solo abbonato, che molto spesso è un'impresa o una piccola industria (mulino, fornace, cava, cementeria, ecc.).
Ingresso interno su sezionatore.
Post-torre, vista globale.
Ingresso MT su sottostazione a torre.
Una stazione di distribuzione può assumere diverse forme:
Posti della torre (cabine alte) Sono le più antiche, costruite tra gli anni '20 e '60, sono costituite da una torre in muratura o cemento armato alta tra i 6 ei 10 metri. Le linee elettriche aeree sono ancorate alla loro sommità, il quadro interno è disposto a valle ed è del tipo a taglio d'aria. Sono soprannominate "stazioni filobus", termine che si riferiva ai cavi molto rigidi utilizzati dai filobus . L'ingresso dell'alta tensione era in conduttori nudi, ciascun conduttore era fissato alla parete della sottostazione mediante un isolatore di ancoraggio munito di spinterometri a tromba, oppure isolatori a tre piastre, e ponti entrati all'interno della sottostazione tramite dischi di ingresso in vetro ondulato concentrici. All'interno c'era un sezionatore manuale e un interruttore di circuito (fusibili) che erano isolati in aria e fissati a isolatori in vetro o porcellana a forma di chiglia, chiamati "isolatori interni post". Il trasformatore è stato posizionato il più lontano possibile dalla porta di accesso, su cunei e sopra una piccola vasca di raccolta perdite. Una schermatura munita di due ante separava la parte BT dal trasformatore AT, formando una gabbia di Faraday, che è senza dubbio all'origine dell'espressione “cella MT”. L'uscita a bassa tensione era molto spesso in cavi a trefoli di rame stagnato, circondati da una guaina in tessuto. Questi conduttori BT attraversavano un quadro generale composto da sezionatore, fusibili e quindi dispositivi di conteggio. I cavi BT che alimentano la rete aerea risalivano lungo la parete, attaccati a fascette in legno verniciato che li tenevano separati. Ciascun conduttore passava attraverso la parete attraverso un piccolo disco di vetro o un tubo piegato in smalto porcellanato, quindi realizzava un ponte a goccia da collegare all'apposito conduttore aereo. Pali sospesi (parte superiore del palo, palo sul palo o H61)) Questi sono i pali che sono stati installati in maniera massiccia tra gli anni '60 e '90, a causa della velocità di installazione e della necessità di una cabina protettiva. Sono spesso soprannominati "H61" e sono appesi al palo in cemento armato tramite un supporto metallico soprannominato "Croce di Gesù", in quanto si tratta di una barra attaccata al palo tramite diversi bulloni e due aste sono saldate orizzontalmente per appendere il trasformatore. I primi modelli avevano terminali in porcellana marrone, i più recenti sono in materiale composito. Il trasformatore viene posizionato o su un palo di arresto (fine linea MT), o su un palo a doppio ancoraggio (una linea è appesa su ciascun lato del palo e passa sopra il trasformatore). Gli isolanti sono catene di ancoraggio in vetro temperato. Per la protezione contro i fulmini, c'erano catene a spinterometro (dagli anni '50 agli anni '80), poi cartucce di porcellana marrone (dagli anni '80 agli anni '90), mentre la tecnologia attuale utilizza isolatori sintetici grigi disposti orizzontalmente. L'uscita a bassa tensione avviene tramite terminali in porcellana o plastica sul trasformatore, una connessione passa attraverso un interruttore automatico, quindi un alimentatore sotterraneo o aereo è fissato sopra. Sono queste posizioni che hanno largamente generalizzato l'uso dei PCB, che sono stati banditi e sostituiti da oli vegetali dalla metà degli anni 1990. I PCB sono stati democratizzati all'inizio degli anni '60 a causa della loro densità inferiore a quella dell'olio minerale tradizionale, per il stessa efficacia.Gli elementi di una sottostazione sono talvolta distinti in "elementi primari" (apparecchiature ad alta tensione) ed "elementi secondari" (apparecchiature a bassa tensione).
L'attrezzatura primaria include:
Gli elementi secondari includono:
Sulle linee ferroviarie elettrificate da catenaria o terza rotaia , l'alimentazione è fornita da sottostazioni elettriche e centrali elettriche. Queste sottostazioni sono alimentate dalla rete elettrica , spesso da linee che corrono lungo i binari alimentate tra 35 e 90 kV . Dopo un ingresso erpice , c'è un trasformatore della batteria (sezione trasformatore principale e trasformatori), che abbassa la tensione a 25.000 o 1500 V . Le stazioni che devono fornire una tensione continua comprendono, oltre ai raddrizzatori , o addirittura, in origine, i commutatori . La maggior parte delle sottostazioni alimenta direttamente un tratto di binario ma, soprattutto in corrente continua, dispone anche di cavi (detti alimentatori ) che consentono di rialimentare la linea ad intervalli regolari. La corrente assorbita viene così distribuita e la caduta di tensione locale viene limitata al passaggio di un treno consumando molto. L'intervallo tra le sottostazioni è di una ventina di chilometri a 1500 V DC, fino a 50 km in 25.000 V monofase. La sottostazione è controllata a distanza da una sottostazione centrale.
L'installazione di una sottostazione elettrica è ben lungi dal porre i problemi ambientali causati dall'installazione di una centrale elettrica o di una linea ad alta tensione .
I problemi generati sono principalmente:
In città, le sottostazioni Enedis possono essere edifici di 12 m 2 . Potrebbero anche essere stati decorati.