Progettazione di impianti elettrici per l'istruzione superiore

I campus universitari dipendono da reti di sistemi elettrici affidabili, facilmente modificabili e di facile manutenzione per adempiere alle loro missioni accademiche e di ricerca. Indipendentemente dalla causa, i disturbi elettrici possono compromettere e persino invalidare le indagini scientifiche, nonché interrompere e disturbare le funzioni di routine delle aule di un istituto.

Per progettare tali sistemi, il professionista elettrico deve valutare una serie di diversi requisiti funzionali immediati e a lungo termine, oltre ai codici e agli standard di sicurezza, per progettare un sistema elettrico affidabile e durevole per l’intero campus e i suoi singoli edifici eccezionali ad alte prestazioni. . In effetti, un’attenta considerazione dell’infrastruttura, dell’affidabilità, dei sistemi di backup, della misurazione, della modificabilità e della manutenibilità illustra la misura in cui i complessi requisiti di progettazione delle strutture di istruzione superiore superano le linee guida minime del codice.

Infrastrutture e affidabilità

L’infrastruttura della rete elettrica che alimenta il campus dell’istruzione superiore deve fornire energia affidabile e sicura ai suoi singoli componenti. Per fare ciò, il servizio elettrico in entrata deve essere distribuito in modo tale da facilitare il ripristino dell'energia elettrica durante un'interruzione in modo sicuro e rapido. Quando richiedono servizi di pubblica utilità, i proprietari delle strutture devono valutare diversi fattori nella scelta del servizio elettrico più adatto da introdurre nel campus. Le soluzioni variano in termini geografici. I campus nel cuore delle grandi città possono fare affidamento sulla rete di servizi disponibile per servire direttamente i propri edifici, mentre un campus più remoto potrebbe dover gestire la propria infrastruttura elettrica e distribuire i propri servizi internamente. Per questi ultimi, la sfida sta nel selezionare i servizi di pubblica utilità adeguati e nel determinare come distribuirli nel modo più efficace.

Per analizzare l'affidabilità del servizio di distribuzione elettrica, che, secondo l'IEEE, contribuisce maggiormente sia al tasso di guasto che alle ore di inattività forzate all'anno nel punto di utilizzo a 480 V, gli ingegneri dovrebbero fare riferimento allo standard IEEE 493-2007 : Pratiche raccomandate per la progettazione di sistemi energetici industriali e commerciali affidabili. Questo standard fornisce preziosi esempi che si rivelano utili per determinare l'affidabilità delle fonti a singola e doppia utilità e per confrontare varie tecniche di distribuzione nei campus. Gli esempi forniti concludono che si ottiene una maggiore affidabilità con una sorgente a doppia utilità disposta in una configurazione selettiva primaria.

IEEE 493-2007 confronta l'affidabilità di un sistema radiale semplice (una sorgente), un sistema selettivo primario con lancio manuale (commutazione di 9 minuti) e un sistema selettivo primario con lancio selettivo automatico (commutazione di 5 secondi) (vedere Tabella 1 ). Con le apparecchiature di commutazione automatica sugli interruttori primari, il numero di guasti all'anno viene ridotto di un fattore 6. IEEE 493-2007, Sezione 3.3.5.3 afferma: "L'uso di apparecchiature di trasferimento automatico che potrebbero rilevare un guasto di uno Un'alimentazione di rete da 13,8 kV e il passaggio alla seconda alimentazione in meno di 5 secondi darebbero un miglioramento di 6 a 1 nel tasso di guasto nel punto di utilizzo da 480 V."

Sulla base di questi dati, i campus universitari dovrebbero richiedere due fonti di utilità e stabilire un sistema selettivo primario con apparecchiature di lancio automatico per una maggiore affidabilità nel punto di utilizzo dell'edificio a 480 V (vedere Figura 2).

Il trasformatore nei sistemi di distribuzione secondaria è un componente molto affidabile (con un basso tasso di guasto λ pari a 0,0062) ma possiede il secondo tempo di interruzione più alto dopo quello della società di servizi pubblici (a 132 ore, con conseguente maggiore tempo di inattività forzato/anno, λr). Ciò implica che, sebbene il trasformatore sia abbastanza affidabile, è necessario prendere in considerazione i mezzi per far fronte alla lunga interruzione sperimentata per sostituirlo laddove è richiesta un'elevata disponibilità complessiva del sistema. Un sistema selettivo secondario che utilizza sottostazioni a doppia estremità consente una protezione aggiuntiva per guasti o manutenzione del trasformatore (vedere Figura 3).