Medium voltage products UFES™ Ultra-Fast Earthing Switch ... · 3.1 Dispositivo elettronico di controllo e di sgancio (DTU), ... Nello sviluppo della DTU come componente di base

UFES™Ultra-Fast Earthing SwitchRichiuditore di terra ultrarapido

Medium voltage products

2 Prodotti – Catalogo | UFES

UFES | Prodotti – Catalogo 3

Vantaggi per una vasta gamma di segmenti di mercato


Indice Pagina 1 Descrizione del funzionamento 7

1.1 Modalità di funzionamento 7

2 Struttura del sistema 82.1 Componenti principali del sistema 82.2 Componenti addizionali 8

3 Funzionalità 93.1 Dispositivo elettronico di controllo e di sgancio (DTU), di tipo QRU 93.2 Elemento primario di commutazione, tipo U1 10

4 Applicazioni 124.1 Caratteristiche generali 124.2 Esempio applicativo 1 – Quadro con una linea di arrivo e una zona protetta 12

4.2.1 Esempio applicativo 1 con l'unità addizionale TVOC-2 134.2.2 Esempio applicativo 1 con l'unità TVOC-2 con rilevamento della luce ed intervento selettivo 13

4.3 Esempio applicativo 2 – Quadro con due linee di arrivo e un’area protetta 144.4 Esempio applicativo 3 – Quadro con due linee di arrivo e due aree protette accoppiate 15

5 Note generali in fase di installazione 165.1 Dispositivi primari di commutazione (PSE) 165.2 Dispositivo elettronico di controllo e di sgancio (DTU) 165.3 Sensori ottici 17

5.3.1 Posizionamento del sensore 17

6 Dati tecnici 186.1 Elemento primario di commutazione 18

6.1.1 Caratteristiche elettriche 186.1.2 Caratteristiche meccaniche (identiche per tutte le tipologie) 186.1.3 Vita utile 186.1.4 Condizioni ambientali 18

6.2 Dispositivo elettronico di controllo e di sgancio, tipo QRU 196.2.1 Involucro 196.2.2 Alimentazione ausiliaria 196.2.3 Ingressi di rilevamento e controllo (visione d'insieme) 196.2.4 Ingressi del trasformatore di corrente 196.2.5 Ingressi di controllo: intervento esterno / blocco esterno 196.2.6 Contatti di segnalazione / controllo 196.2.7 Ingressi di espansione 196.2.8 Sensori ottici per il QRU 196.2.9 Valori configurabili per il rilevamento della corrente 196.2.10 Condizioni ambientali 196.2.11 Tempi di reazione 19


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© ABB 2011

Indice Page 7 Dimensioni 20

7.1 Dispositivo elettronico di controllo e di sgancio 207.2 Elementi primari di commutazione 20

8 Schemi circuitali 218.1 Schema a blocchi del richiuditore di terra ultra rapido 218.2 Schema di collegamento e schema unifilare del dispositivo elettronico di controllo e di sgancio, tipo QRU 22

9 Riferimenti per l’ordine 23

A1 Appendice Calcolo della corrente di intervento 25


Introduzione

Gli effetti associati alle forti sollecitazioni termiche e meccaniche che si manifestano al verificarsi di un guasto per arco interno, il peggiore guasto che può generarsi all’interno di un quadro, possono essere drasticamente ridotti grazie all’impiego di un sistema di protezione attivo. A differenza dei sistemi di protezione convenzionali, tale sistema è in grado di rilevare il verificarsi di un guasto per arco interno in un intervallo di tempo brevissimo e può, di conseguenza, inviare un segnale di intervento ad un livello superiore rispetto al sistema di protezione esistente, consentendo così una rapida estinzione del guasto stesso.Più è rapida l’estinzione del guasto per arco interno rispetto all’istante in cui s’innesca, minori sono i danni che subisce il quadro.

Il richiuditore di terra ultrarapido UFES è un sistema innovativo costituito dalla combinazione di un dispositivo elettronico di controllo e di sgancio (DTU) e degli elementi primari di commutazione (PSE). Grazie al tempo di intervento estremamente ridotto di questi elementi, inferiore a 1,5 ms, e grazie al nuovo dispositivo elettronico in grado di effettuare in modo rapido e affidabile il rilevamento di sovracorrenti e dell’intensità luminosa, il dispositivo UFES assicura l’estinzione pressoché immediata del guasto per arco interno (tempo di estinzione ≤ 4 ms dopo il rilevamento).

Con la rapidità d’intervento fornita dal richiuditore di terra ultrarapido UFES, ABB incrementa al massimo la protezione attiva dei quadri contro gli effetti devastanti provocati dai guasti per arco interno. Il sistema UFES può essere impiegato, in linea di principio, in qualsiasi quadro, nuovo o esistente, con tensioni nominali fino a 40,5 kV e correnti nominali di breve durata fino a 63 kA (1s).

Vantaggi insuperabili:

- Maggiore disponibilità del sistema e del processo grazie alla capacità di ridurre drasticamente la gravità dei danni al quadro e alla possibilità di ripristinare con la massima rapidità il servizio dopo un guasto

- Maggiore sicurezza per l’operatore durante eventuali operazioni di manutenzione su quadri privi della qualifica IAC e, più in generale, su tutti i quadri

- Drastica riduzione dei costi di riparazione associati alla sostituzione di componenti danneggiati e degli ulteriori costi indotti legati alle perdite significative di profitto causate dai fermi di produzione

- Riduzione dell’incremento di pressione nelle aree difficilmente accessibili e senza possibilità di protezione passiva


1 Descrizione del funzionamento

1.1 Modalità di funzionamento

Il richiuditore di terra ultra rapido UFES fornisce una migliore protezione per il sistema e per l’operatore. Tale funzione è implementata generando, in caso di guasto per arco interno, un guasto trifase franco a terra.

Il dispositivo elettronico di controllo e di sgancio (DTU) di tipo QRU esegue un rilevamento rapido ed affidabile di un guasto per arco interno in una ben definita zona del quadro attraverso il monitoraggio continuo della luce e della sovracorrente.

Estinzione dell’arco interno entro 4 ms (dopo il rilevamento)

Quando il sistema (sensori ottici e di corrente) rileva l’innesco dell’arco interno da parte del sistema, la DTU invia un segnale di intervento ai tre elementi primari di commutazione (PSE) che generano un guasto trifase franco a terra.

Poiché questo cortocircuito è ad impedenza estremamente più bassa rispetto a quella del guasto, la corrente di guasto commuta dall’arco verso il cortocircuito generato dal dispositi-vo UFES, annullando la tensione d’arco ed estinguendo l’arco stesso quasi immediatamente. Il flusso di corrente di guasto di terra generato viene infine interrotto dall’interruttore di monte.

Figg. 1.1-2 – 1.1-3 Drastica riduzione dell’energia sviluppata attraverso l’estinzione del guasto prima del primo picco della corrente di corto circuito (area blu)

Fig. 1.1-1 Sequenza di intervento

1. 2. 3. 4. 5.

CB

TA

UFESPSE

QRU 1

Elettronica UFES

Innesco dell’arco interno

Ik"

CB

TA

QRU 1

Rilevazione dell’arco interno

Ik"

CB

TA

QRU 1

Intervento PSE

Ik"

CB

TA

QRU 1

Estinzione dell’arco

Ik"

CB

TA

QRU 1

Interruzione della corrente di guasto

Ik"

Opzionale

Sensori ottici Elemento primario di commutazione (PSE)

Corrente di corto-circuito IkComponente unidirezionale DC

Durata dell’arco interno con UFES

Azzeramento della corrente di guasto da parte dell’interruttore a monte (dopo 80 ms + tempo x)

Tempo di reazione luce+corrente

Tempo in ms

0,2 s: Fonde la lamiera

0,15 s: Fonde il rame

0,1 s: Bruciano i cavi

Tempo/ms

Energia

Ingressi da TA del QRU


2 Struttura del sistema

La struttura di un sistema UFES comprende componenti principali e componenti addizionali.

2.1 Componenti principali del sistema

I componenti principali del sistema, e quindi gli elementi di base per la realizzazione di un sistema di protezione attivo da guasti per arco interno con UFES (richiuditore di terra ultra veloce), consistono in un dispositivo elettronico di controllo e di sgancio (DTU) di tipo QRU e di tre elementi primari di commutazione (PSE) di tipo U1. Questi elementi uniti ai relativi cavi di collegamento formano il Kit UFES.

Fig. 2.1-1 Dispositivo elettronico di controllo e di sgancio di tipo QRU Fig. 2.2-1 Sensore ottico

2.2 Componenti addizionali

Come componenti addizionali sono disponibili i sensori ottici per la rilevazione della luce in ogni scomparto del quadro.Il sistema può essere ulteriormente potenziato utilizzando i sistemi di monitoraggio ABB Arc Guard tipo TVOC-2 per le applicazioni nelle quali devono essere monitorati con sensori ottici più di nove scomparti quadro. La DTU del richiuditore di terra ultraveloce (UFES) fornisce 5 ingressi dedicati per la connessione a questi dispositivi esterni, consentendo di integrare, nel sistema di protezione UFES, 150 ulteriori sensori ottici (vedere anche il capitolo 4.2.1).

Informazioni dettagliate sulle caratteristiche delle unità addizionali TVOC-2 possono essere trovate nei corrispondenti cataloghi tecnici.

Fig. 2.1-2 Elementi primari di commutazione di tipo U1 Fig. 2.2-2 Arc Guard di tipo TVOC-2


3 Funzionalità

3.1 Dispositivo elettronico di controllo e di sgancio (DTU), di tipo QRU

Nello sviluppo della DTU come componente di base del richiu-ditore di terra ultraveloce, ci si è posti come obiettivo fonda-mentale la protezione efficace del sistema, attraverso il rileva-mento affidabile del guasto e tempo di reazione il più rapido possibile per l’avvio delle necessarie contromisure. Il circuito è interamente realizzato con tecnologia analogica e quindi la funzionalità è esclusivamente delegata ai componenti hardware discreti che la compongono.

FunzionalitàLa DTU combina, in una singola unità, il monitoraggio continuo di luce e sovracorrente. La logica di configurazione consente di impostare e combinare i due parametri in qualunque modo. In modalità di prova, il funzionamento di tutti i componenti di configurazione e rilevamento può essere verificato senza l’intervento dei elementi primari di commutazione (PSE). Il passaggio accidentale alla modalità di prova è impedito dalla presenza di un blocco a chiave.Il completo funzionamento del sistema è verificato costante-mente grazie ad una funzione di autodiagnosi.

Rilevamento della luceIl rilevamento della luce è implementato per mezzo di singoli sensori ottici da installare nei comparti del quadro e che reagi-scono a forti aumenti dell’intensità della luce. I sensori ottici sono collegati alla DTU per mezzo di cavi in fibra ottica. Al verifi-carsi di un guasto, un display indica il sensore attivato, consentendo l’esatta localizzazione del guasto. I sensori ottici sono completamente compatibili con il sistema ABB Arc Guard TVOC.

Rilevamento della correnteIl rilevamento della corrente può essere effettuato per esempio utilizzando i trasformatori di corrente della linea di arrivo della sezione di quadro, i quali possono avere una corrente secon-daria di 1A o 5A. Gli ingressi di questa unità di rilevamento hanno un basso valore di assorbimento (< 1VA) e pertanto questo circuito di monitoraggio può essere normalmente inse-rito nei circuiti di protezione esistenti senza alcun problema. Il confronto tra la corrente istantanea misurata e il valore di soglia configurato costituisce il secondo parametro per un rile-vamento affidabile del guasto.

NotaNella scelta dei trasformatori di corrente da utilizzare è neces-sario accertarsi che abbiano un fattore di sovracorrente sufficientemente elevato da trasmettere in modo accurato il livello di soglia di corrente selezionato.

➔ Informazioni dettagliate in merito a questo aspetto possono essere trovate nell’Appendice A1.

Fig. 3.1-1 Vista frontale della DTU con controlli e display

ConfigurazioneTutte le configurazioni per implementare lo schema di prote-zione desiderato possono essere attuate in modo molto semplice per mezzo di microinterruttori (dip-switch) posti sul pannello frontale della DTU. Ciò offre l’opportunità di combi-nare le varie unità di rilevamento per i parametri di luce e di sovracorrente con operazioni logiche di tipo AND/OR. Un secondo gruppo di microinterruttori (dip-switch) consente di selezionare il valore di soglia di sovracorrente.

Fig. 3.1-2 Vista posteriore della DTU

Tutte le connessioni sono realizzate con morsetti a spina Connessioni disponibili: X9 9 Sensori ottici (rilevamento interno) X1 3 trasformatori di corrente (rilevamento interno) X4-X8 5 ingressi di estensione alle unità TVOC X2 6 contatti di segnalazione X10 1 x blocco esterno X10 1 x intervento esterno X11 3 x PSE


3.2 Elemento primario di commutazione, tipo U1

Oltre al requisito fondamentale che i guasti per arco interno di una certa gravità siano riconosciuti come tali in modo rapido ed inequivocabile, la sfida ulteriore consiste nell’estinguerli nel modo più veloce possibile. Nell’UFES (richiuditore di terra ultrarapido) ciò avviene per mezzo dei tre elementi primari di commutazione (PSE), installati tra le sbarre principali e la terra. I PSE sono disponibili per varie tensioni e correnti.

VelocitàI PSE agiscono con maggiore rapidità rispetto all’azione di interruzione di un guasto per arco interno effettuata mediante un interruttore. Un’ampolla in vuoto appositamente sviluppata per questa applicazione ed un affidabile comando monofase basato su un micro generatore di gas per l’accumulo dell’energia, assicurano che l’operazione di chiusura avvenga entro 1,5 ms.

Principio di funzionamentoRicevuto il comando di intervento, il micro generatore di gas causa un aumento di pressione estremamente rapido nella camera del pistone. In questo modo, spinto dalla pressione, il pistone si muove e spinge a sua volta il contatto mobile che penetra nell’ampolla in vuoto attraverso il giunto di rottura predisposto. Il contatto mobile passa quindi dal potenziale di terra iniziale a quello del contatto fisso connesso alle sbarre principali attraverso una connessione definitiva ed inamovibile.

Isolatore in resina epossidica

Contatto fisso

Isolatore ceramico

Contatto mobile

Giunto di rottura

Pistone

Cilindro

Corpo del contatto mobile

Microgeneratore di gas

Ampolla in vuoto

Fig. 3.2-1 Vista in sezione dei PSE Ampolla in vuoto e micro generatore di gas integrati in un’unità compatta

SostituzioneIl processo descritto nel paragrafo “Principio di funziona-mento” è irreversibile, pertanto i dispositivi PSE devono essere sostituiti dopo un intervento.

Manipolazione Non ci sono requisiti di sicurezza speciali che devono essere osservati per la corretta manipolazione dei PSE (installazione, sostituzione, stoccaggio e trasporto) e non è richiesto perso-nale qualificato. Il micro generatore di gas viene incapsulato nei PSE direttamente in fabbrica, dove viene fissato con una speciale guarnizione. In questo modo il comando soddisfa i requisiti dell’Istituto Federale Tedesco per la Ricerca sui Mate-riali e ha ricevuto un corrispondente certificato di approvazione.

Manutenzione I PSE necessitano di poca manutenzione. La superficie esterna del PSE, richiede un intervento di pulizia solo quando visibilmente sporca. Gli elementi interni del PSE non richie-dono manutenzione. Si prevede soltanto la sostituzione del micro generatore di gas che dovrebbe essere pianificata dopo 15 anni. Tale operazione deve essere svolta dal costruttore.

Dispositivo di comando


Fig. 3.2-2 ABB Service Box con PSE incorporati Fig. 3.2-3 UFES estraibile su carrello in caso di disponibilità di pannelli vuoti

Flessibilità di installazioneIl design compatto dei PSE, come unità singole con un dispositivo di comando autonomo, garantisce flessibilità di posizionamento e orientamento, consentendo la facile installazione nel quadro da proteggere. Il PSE di tipo U1 ha un’altezza complessiva di 210 mm ed è dimensionalmente equivalente a un isolatore da 24 kV.

Oltre all’installazione diretta degli elementi primari di commu-tazione all’interno del quadro, sono disponibili altre soluzioni di montaggio. Utilizzando ad esempio una Service Box ABB omologata con PSE incorporati è possibile montare questi elementi nella parte esterna del quadro e collegarla al sistema di sbarre principali (fig. 3.2-2). Se sono disponibili pannelli vuoti, può essere richiesta, come opzione ulteriore, la versione UFES estraibile su carrello (fig. 3.2-3).


4 Applicazioni

4.1 Caratteristiche generali

Le seguenti illustrazioni mostrano i diversi modi in cui la protezione attiva contro guasto per arco interno di tipo UFES e le altre unità di rilevamento ottico di tipo TVOC-2 possono essere integrate in un quadro.

Dato l’elevato numero di soluzioni personalizzate disponibi-li, non è possibile documentare tutte le opzioni applicative del richiuditore di terra ultra rapido (UFES). Soltanto le tre applicazioni utilizzate con maggior frequenza verranno quindi presentate a titolo esemplificativo.

I trasformatori illustrati negli esempi possono essere sosti-tuiti con generatori o altre eventuali linee di arrivo al quadro. L’intervento degli elementi primari di commutazione (PSE) ha luogo in tutte e tre le fasi.

Le caratteristiche seguenti sono comuni a tutti gli esempi applicativi:

- Il dispositivo elettronico di controllo e di sgancio (DTU) di tipo QRU interviene in presenza di un guasto per arco interno nell’area di protezione monitorata del quadro, quando i valori di soglia impostati per la corrente e la luce vengono superati

- i tre elementi primari di commutazione (PSE) creano un cortocircuito trifase verso terra nel punto di installazione e il guasto per arco interno nell’area di protezione monitorata del quadro viene estinto immediatamente

- la corrente di guasto viene interrotta dall’interruttore di monte CB1 e/o CB2. Questi interruttori possono essere azionati anche direttamente dalla DTU per ridurre il tempo di apertura.

CB2

T1

UFES PSE

Int. 2

Intervento 1

Intervento PSE

CB1

CB

Zona protetta dall’UFES

Elettronica UFES

Sensore di luminosità

TA

4.2 Esempio applicativo 1 – Quadro con una linea di arrivo e una zona protetta

Fig. 4.2-1 Configurazione del sistema– Quadro a 3 pannelli; partizione tripla per pannello– 1 linea in arrivo; 1 area di protezione UFES– PSE installato nello scomparto cavi del pannello della linea di

arrivo– Monitoraggio ottico di tutti i 9 scomparti per mezzo di sensori

ottici– Monitoraggio della corrente per mezzo dei trasformatori di

corrente installati nello scomparto cavi del pannello della linea di arrivo

Se il guasto è localizzato a valle dell’interruttore CB1 (visto dal trasformatore) interviene l’interruttore CB1. L’interruttore CB2 interrompe poi il cortocircuito trifase generato dai tre PSE.

Se il guasto è a monte rispetto all’interruttore CB1 nel pannello della linea di arrivo, allora è l’interruttore CB2 che interrompe il guasto.

CB


4.2.1 Esempio applicativo 1 con l’unità addizionale TVOC-2

Utilizzando al massimo 5 unità di tipo TVOC-2 (Arc Guard System), l’area di protezione UFES può essere estesa fino a 150 sensori ottici. Il sistema di protezione può così essere impiegato per installazioni di quadri di grandi dimensioni, ad esempio fino a 53 pannelli composto ciascuno da tre scomparti.

Il tempo di elaborazione del segnale di sgancio del TVOC-2 esterno attraverso gli ingressi addizionali della DTU è approssimativamente di 250 μs e pertanto non ha un’influenza significativa sull’efficacia complessiva del sistema.

La selettività può essere realizzata, per le singole sezioni all’interno dell’area di protezione, attraverso le unità di estensione ottica TVOC-2. Ciò rende possibile, ad esempio, il rilevamento di un guasto per arco interno usando solo il rilevamento ottico nelle linee di partenza o nei gruppi di pannelli meno importanti e di interromperlo utilizzando un

interruttore, senza coinvolgere i PSE. Nell’esempio sopra riportato, non si ha alcun intervento della DTU al momento del rilevamento di un guasto per arco interno da parte dei sensori ottici del Gruppo X2, ma viene semplicemente inviato un segnale OFF al congiuntore CB3. La corrente in quest’area di protezione non è rilevata.

4.2.2 Esempio applicativo 1 con l’unità TVOC-2 con rilevamento della luce ed intervento selettivo

Sensore ottico

CB2

T1

UFES PSE

Int. 2

Intervento 1

Intervento PSE

CB1

CB CB

Area protetta dall’UFES

TA

Estensione 1

Int. X1 TVOC-2Unità ottica addizionale

Rilevamento della luce

+ 150 scomparti addizionali

Sensore ottico

CB2

T1

UFES PSE

Int. 2

Intervento 1

Intervento PSE

CB1

CB CB


TA

Est. 1

Int. X1 TVOC-2Unità ottica addizionale

Gruppo X1

Interv. X2

Gruppo X2

CB3


4.3 Esempio applicativo 2 – Quadro con due linee di arrivo e un’area protetta

In questo esempio, il quadro è alimentato da due trasforma-tori. Al fine di implementare una protezione contro guasto per arco interno con un solo sistema UFES, i tre PSE, contraria-mente all’esempio applicativo 1, sono connessi direttamente alla sbarra. Ciò assicura che il richiuditore di terra ultra veloce UFES continui a funzionare anche dopo che la linea di un trasformatore è stata interrotta.

I trasformatori di corrente necessari per il monitoraggio della corrente sono localizzati nei relativi pannelli delle linee di arrivo del sistema. Al fine di monitorare le correnti di entrambe le linee di arrivo (trasformatori di corrente TA1a e TA1b), le correnti vengono sommate, sommando i valori di rilevati dai TA e il risultato viene trasmesso alla DTU.

Se il guasto è localizzato a valle degli interruttori CB1a e CB1b (visti dal trasformatore), il cortocircuito trifase generato dai tre PSE e la parte guasta del quadro vengono interrotti dagli interruttori CB1a e CB1b.

Se il guasto per arco interno si verifica a monte dell’interrut-tore CB1a (CB1b) questo viene interrotto dall’interruttore CB2a (CB2b).

Sensore ottico

CB2a

T1

UFES PSE

CB1a

Somma TAIS = IT1 + IT2

TA1a

CB2b

T2

TA1b

CB1bIntervento 1, Intervento 2

Intervento PSE

Monitoraggio ottico

IT1 IT2



4.4 Esempio applicativo 3 – Quadro con due linee di arrivo e due aree protette accoppiate

Il quadro è alimentato da due trasformatori ed è dotato di un congiuntore CB3.

Due richiuditori di terra ultraveloci di tipo UFES sono impiega-ti: uno per proteggere la sbarra di sinistra (BB1) e uno quella di destra (BB2). I corrispondenti tre PSE sono connessi diret-tamente alla sezione di sbarra di sinistra e di destra.

L’intervento del richiuditore di terra ultrarapido è selettivo, in altre parole l’UFES 1 viene attivato solo se c’è un guasto nella parte sinistra del quadro BB1, mentre l’UFES 2 protegge solo la parte destra del quadro BB2.

Intervento ottico selettivoL’UFES 1 è attivato dai sensori ottici presenti nella parte sinistra del quadro BB1 e dalla somma delle correnti Is. La somma delle correnti Is è pari al totale delle correnti IT1 e IT2 che fluiscono in entrambe le linee del sistema. Queste due correnti sono sommate nel trasformatore di corrente. In modo analogo, l’UFES 2 è attivato dai sensori ottici presenti nella parte destra del quadro BB2 e anche dalla somma delle correnti Is.

Nel caso di un guasto per arco interno nella zona BB1 del quadro, in cui la somma delle correnti Is e la luce rilevata superano i valori impostati, interviene l’UFES 1. I tre PSE sulla sezione di sbarra BB1 cortocircuitano le tre fasi verso terra e l’arco interno viene estinto immediatamente. Contemporaneamente, gli interruttori CB2a e CB3 ricevono un comando di OFF dalla DTU.

Se il guasto è localizzato a valle dell’interruttore CB1a (visto dal trasformatore), il cortocircuito trifase, generato dai tre PSE e la parte del quadro che ha subito il guasto quadro vengono interrotti dagli interruttori CB1a e CB3.

Se il guasto per arco interno si verifica nello scomparto cavi del pannello della linea di arrivo per BB1, lo stesso viene interrotto dall’interruttore CB2a.

Lo stesso si verifica specularmente per la parte destra del quadro BB2.

Sensore ottico

CB2a

T1

UFES PSE

Int. 2

TA1a

CB2b

T2

TA1b

Int. 2

Int. PSE

Monitoraggio ottico

IT1 IT2

CB1a

Int. PSE

UFES PSE

Monitoraggio ottico

Sensori ottici, lato destro

Sensori ottici, lato sinistro Area protetta dall’UFES 1 Area protetta dall’UFES 2

Somma TAIS = IT1 + IT2

Int. 1 Int. 1

BB1 BB2

CB3

CB1b


5 Note generali in fase di installazione

5.1 Elementi primari di commutazione (PSE)

La possibile area di cortocircuito verso terra e quindi l’area di protezione da monitorare all’interno del quadro sono definite dal punto in cui i PSE vengono installati.

La scelta del punto di installazione dipende, a sua volta, dallo schema di protezione che si intende realizzare. In linea di prin-cipio l’area protetta all’interno del quadro è quella a monte del punto di installazione dei PSE fino ai terminali di uscita delle unità di arrivo.

Le aree a valle vengono automaticamente incluse e così la protezione è garantita fino ai terminali di uscita degli interrut-tori delle linee di partenza. È raccomandabile collegare i PSE alle sbarre o alle terminazioni dei cavi, il più vicino possibile alle linee di arrivo dell’area da proteggere. Possono essere adottate altre configurazioni da valutarsi caso per caso.

Fig. 5.2-1 Configurazione di sistema

1 Sistema sbarre, personalizzato

2 Sbarra di messa a terra dei PSE Materiale: rame Larghezza: min. 80 mm (in funzione del progetto) Sezione trasversale: min 400 mm2; 800 mm2 (80x10 sbarra in rame) consigliata

3 Sistema di sbarre di messa a terra Materiale: rame Sezione trasversale: min 240 mm2 30x8 sbarra in rame (240 mm2) consigliata

4 Messa a terra della DTU Cavo in rame: min. 2,5 mm2 flessibile o 4,0 mm2 rigido

5 Linee di intervento (DTU → PSE) Cavo schermato in rame, con speciali connettori di sistema, bipolare, intrecciato,

già predisposto e incluso nel kit UFES

5.2 Dispositivo elettronico di controllo e di sgancio (DTU)

La DTU può essere installata in qualsiasi punto di uno scomparto di bassa tensione di un quadro, o anche all’esterno del quadro stesso. Va tuttavia ricordato che la lunghezza massima del cavo tra DTU e PSE non deve superare i 10 m.

Il posizionamento standard è quello sulla portella dello scomparto ausiliario. Se richiesto, tuttavia, il DTU può anche essere installato all’interno del quadro o all’esterno a parete, utilizzando un apposito kit di montaggio, disponibile a richiesta.

Lunghezza max: 10 mApplicabile ai seguenti dettagli 4) messa a terra della DTU e 5) cavo di connessione (3x)

1

2

34

5


5.3 Sensori ottici

I cavi del sensore sono disponibili in lunghezze standard (vedere i dati di riferimento per l’ordine). Non possono essere accorciati o giuntati. Durante l’installazione è necessario evitare di piegare i cavi formando angoli troppo stretti o di schiacciarli. La fibra di plastica è realizzata in polimetil-metacrilato (PMMA) con rivestimento in PVC.

Ogni sensore consiste in un cavo ottico e in una lente, il cui assieme è testato e calibrato in fabbrica in modo da raggiungere un’identica sensibilità, indipendentemente dalla lunghezza del cavo. La lente cattura la luce da tutte le direzioni con l’eccezione di una piccola zona d’ombra nella parte posteriore del sensore (vedere il diagramma di distribuzione).

Prove pratiche hanno mostrato che la luce generata da un arco interno e riflessa tra le superfici metalliche è normalmente sufficiente per provocare l’intervento. Ciò deve essere comunque testato in ogni caso particolare.

Fig. 5.3-1 Sensore ottico

5.3.1 Posizionamento del sensore

Nel posizionare i sensori è necessario assicurare la copertura di tutti gli scomparti o aree del quadro da monitorare, in base allo schema di protezione prescelto. Se possibile, andrebbe monitorato ogni pannello.

I sensori dovrebbero essere posizionati in modo tale da non reagire al normale arco generato da un interruttore. Il sensore può rilevare la formazione di un arco alla distanza di 3 metri (vedasi illustrazione 5.3-2). Al fine di aumentare ulteriormente il livello di sicurezza, i sensori possono essere installati a distanze di 1,5 metri, creando in tal modo delle ridondanze.

Fig. 5.3-2 Campo di rilevamento di un sensore a lente

Sensore a lente


6 Dati tecnici

6.1 Elemento primario di commutazione

6.1.1 Caratteristiche elettriche

6.1.2 Caratteristiche meccaniche (identiche per tutte le tipologie)

6.1.3 Vita utile

6.1.4 Condizioni ambientali

Dimensioni (diametro x altezza) mm 137 x 210 1)

Peso mm max. 5.5 kg

Tempo d’intervento ms < 1.6

Tempo di rimbalzo del contatto ms 0

Numero di operazioni di chiusura 1

Durata meccanica Anni 30

Micro generatore di gas (SMGG) Anni 15

1) Dimensioni diverse per 40,5 KV, su richiesta

A tensione nominale e alle condizioni ambientali specificate

Temperatura di funzionamento da -5 a +70 °C 2) (fino a)

Temperatura di trasporto da -25 a +70 °C max. 48 ore

Temperatura di immagazzinamento da -5 a +40 °C

Umidità dell’ambiente (immagazzinamento)

max. 65 %, senza condensa

Altitudine del sito max. 1000 m slm2) Diverse condizioni su richiesta

Tipo

U1-175-25

U1-175-40

U1-175-50

U1-175-63

U1-270-25

U1-270-40

U1-360-25

U1-360-40

U2- 405-25 1)

U2-405-40 1)

Tensione nominale (rms)* kV 17,5 17,5 17,5 17,5 27 27 36 36 40,5 40,5

Corrente nominale di tenuta di breve durata (rms)

kA 25 40 50 63 25 40 25 40 25 40

Tensione nominale di tenuta di breve durata a frequenza industriale (rms)

kV 42 42 42 42 60 60 70 70 95 95

Tensione nominale di tenuta ad impulso (picco)

kV 95 95 95 95 150 150 170 170 200 200

Frequenza nominale Hz 50/60 50/60 50/60 50/60 50/60 50/60 50/60 50/60 50/60 50/60

Corrente nominale di tenuta di picco

kA 65 104 130 170 65 104 65 104 65 104

Durata di cortocircuito nominale

s 3 3 3 1 3 3 3 3 3 3

Corrente nominale di chiusura su cortocircuito

kA 65 104 130 170 65 104 65 104 65 104

1) Su richiesta* (rms = valore efficace)


6.2 Dispositivo elettronico di controllo e di sgancio, tipo QRU

6.2.1 Involucro

Grado di protezione, frontale (a incasso) IP 4X

Grado di protezione (contenitore nel suo insieme) IP 2X

6.2.2 Alimentazione ausiliaria

Tensione nominale120 V & 230 V AC (50/60 Hz)110 V & 220 V DC

Intervallo di tolleranza della tensione nominale

85 % - 110 % Ur (AC)70 % - 120 % Ur (DC)

Tensione di isolamento nominale 2 kV

Potenza assorbita < 25 VA

6.2.3 Ingressi di rilevamento e controllo (visione d’insieme)

Ottico (sensori ottici) 9 x

Trasformatore di corrente 3 x

Intervento esterno 1 x

Blocco esterno 1 x

Unità di rilevamento esterna 5 x

6.2.4 Ingressi del trasformatore di corrente

Corrente di ingresso nominale Ir 1 A e 5 A

Frequenza nominale 50 / 60 Hz

Corrente di carico continua 4 x Ir

Corrente di breve durata nominale, 1 s 100 x Ir

Corrente nominale di tenuta di picco 250 x Ir

Carico totale < 0,5 VA

6.2.5 Ingressi di controllo: intervento esterno / blocco esterno

Tensione AC nominale da 24 V a 250 V

Tensione DC nominale da 24 V a 250 V

Tempo di reazione “Blocco esterno” < 30 ms

Tempo di reazione “Intervento esterno" < 15 ms

6.2.6 Contatti di segnalazione / controllo

Segnali

3 x intervenuto1 x bloccato1 x pronto1 x test

Tipo Contatto di scambio

Tensione nominale 250 V (AC o DC)

Corrente nominale 5 A

Corrente di chiusura nominale (0,5 s) 10 A

Corrente di chiusura nominale (3 s) 8 A

Potere di interruzione(L/R < 40 ms), 48 V DC

2A


0,4 A


0,25 A

6.2.7 Ingressi di estensione

Tensione di uscita circa 12 V DC

Corrente di uscita circa 5 mA DC

Tipo Sensore ottico

Lunghezza max. del cavo in fibra ottica 30 m 1)

Raggio minimo di piegamento consentito 50 mm

Temperatura ambiente da -25 a +70 °C

Temperatura ambiente (di breve durata) da -25 a +85 °C

Intensità di luce nell’ambiente senza intervento

3000 lux

6.2.8 Sensori ottici per il QRU

1) Maggiori lunghezze su richiesta

6.2.9 Valori configurabili per il rilevamento della corrente

Impostazioni di corrente x Ir 1,5 / 2,0 / 3,0 / 4,0 / 5,0 /6,0 / 8,0 / 10,0

Errore rispetto ai valori di funzionamento 1,5 - 6,0 x Ir

+/- 5 % del valore impostato

Errore rispetto ai valori di funzionamento 8,0 - 10,0 x Ir

+/- 12 % del valore impostato

Intervallo della temperatura di funzionamento

da -25 a +55 °C

Intervallo della temperatura di trasporto e immagazzinamento

da -25 a +70 °C

Umidità dell’ambiente max. 65 % senza condensa

Altitudine del sito max. 1000 m slm

6.2.10 Condizioni ambientali

Tempo di avviamento dell’elettronica 1 s

Dal rilevamento del guasto al segnale di intervento (estensione)

~ 250 μs

6.2.11 Tempi di reazione


7 Dimensioni

7.1 Dispositivo elettronico di controllo e di sgancio

7.2 Elementi primari di commutazione


8 Schemi circuitali

8.1 Schema a blocchi del richiuditore di terra ultrarapido UFES

TVOC est.

Tensione ausiliaria

Ingr

esso

blo

cco

Ingr

esso

inte

rven

to e

st.

Usc

ite s

enza

po

tenz

iale

3 x Intervenuto1 x Pronto1 x Test1 x Bloccato


Tensione ausiliaria

Pronto Test Intervento 1 Intervento 2 Intervento 3 Bloccato

super-visione

Sensori ottici Rilevamento dell’intensità di luce – estensione 1

Intervento esternoRilevamento dell’intensità di luce – estensione 2

Rilevamento dell’intensità di luce – estensione 3



Blocco

8.2 Schema di collegamento e schema unifilare del dispositivo elettronico di controllo e di sgancio, tipo QRU

Legenda dei controlli e delle visualizzazioni operatore della DTU

Nello schema circuitale Sul pannello frontale Colore

D1 Uaux Verde

D2 Pronto Verde

D3 Test Giallo

D4 Intervenuto Rosso

D5 70 % Itrip Giallo

D6 Intervento di corrente Rosso

D7 Interno Rosso

D8 Estensione 1 Rosso





D13 Intervento esterno Rosso

D14 Bloccato Giallo

S1 Condizione di intervento

S2 Corrente di intervento

S3 Test

S4 Reset


9 Riferimenti per l’ordine

Articolo Descrizione Sigla Tipo Codice pezzo

1 Kit UFES

Composto da:- 1 pz. Dispositivo elettronico di controllo e di sgancio, tipo QRU- 3 pz. Elementi primari di commutazione (PSE)- 3 pz. Cavo di connessione (DTU → PSE), 10 m- 1 pz. Kit a incasso

Articolo 1.1 - 1.8

1.1 Kit UFES - 17.5 kV / 25 kA Kit-175-25 1VB9001014R1103




1.5 Kit UFES - 27 kV / 25 kA Kit-270-25 1VB9001014R2103




1.9 * Kit UFES - 40.5 kV / 25 kA Kit-405-25 1VB9001014R4103

1.10 * Kit UFES - 40.5 kV / 40 kA Kit-405-40 1VB9001014R4203

* su richiesta

2 Elemento primario di commutazione

Articolo 2.1 - 2.8

2.1 Elemento primario di commutazione - 17.5 kV / 25 kA U1-175-25 1VB9001016R1110




2.5 Elemento primario di commutazione - 27 kV / 25 kA U1-270-25 1VB9001016R1210




2.9 * Elemento primario di commutazione - 40.5 kV / 25 kA U2-405-25 1VB9001016R2410

2.10 * Elemento primario di commutazione - 40.5 kV / 40 kA U2-405-40 1VB9001016R2420

* su richiesta

3 Sensori ottico per UFES DTU

Articolo 3.1 - 3.10

3.1 Lunghezza cavo 1 m TVOC-1-DP1 1SFA663 003 R1010











Articolo Descrizione Sigla Tipo Codice pezzo

4 Accessori

Articolo 4.1

4.1 Dispositivo elettronico di controllo e di sgancio QRU1 1VB9001015R1000

4.2 Cavo di sgancio DTU → PSE, 10 m 1VB9000978R0101

4.3 Cavo di connessione DTU → TVOC-1/2, 10 m 1VB9000979R0101

4.4 Kit di installazione da parete per DTU 1MRS050240

4.5 Kit di installazione da incasso per DTU 1MRS050209

5 TVOC-2

Articolo 5.1

5.1 Arc Monitor (10 ingressi ottici)inclusi HMI e accessori per l’installazione a incasso

TVOC-2-240 1SFA664001R1001

5.2 Estensione (unità rimovibile)10 ingressi ottici

TVOC-2-E1 1SFA664002R1001

5.3 * Estensione (unità rimovibile)10 ingressi ottici per cavi di rilevamento di 60 m

TVOC-2-E3 1SFA664002R3001

* su richiesta

5.4 Sensori ottici per TVOC-2

Articolo 5.4.1 - 5.4.10

5.4.1 Lunghezza cavo 1 m TVOC-2-DP1 1SFA664 003 R1010










5.4.11* Lunghezza cavo 60 m TVOC-2-DP60 1SFA664 003 R3600

* su richiesta


Tabella 14: Limiti di precisione per i trasformatori di corrente di protezione

Il trasformatore di corrente impiegato nell’esempio può avere un errore massimo totale del 5% ad un valore pari a 10 volte la corrente primaria nominale (10x2000 A = 20.000 A) e con un carico nominale di 20 VA. Se, ad esempio, il carico secondario di 20 VA viene ridotto, il fattore limite di precisione aumenta, cioè il trasformatore di corrente trasmette una maggiore sovracorrente prima che si abbia la saturazione.

I paragrafi seguenti mostrano come possono essere stabilite queste relazioni.

A 1 Appendice Calcolo della corrente di intervento

A 1.1 Generalità

I valori di corrente delle fasi L1, L2 e L3 trasmessi al dispositi-vo elettronico di controllo e di sgancio (DTU) di tipo QRU sono generalmente forniti dai tre esistenti trasformatori di corrente collocati nel pannello della linea di arrivo. Nel prossimo para-grafo verrà spiegato come determinare il valore della corrente di intervento da impostare.

A 1.2 Introduzione

Ai fini del calcolo della corrente di intervento deve essere identificata la minima corrente di cortocircuito che, al verificar-si di un guasto nell’area da proteggere, fluisce nel richiuditore di terra ultraveloce UFES attraverso i trasformatori di corrente nella direzione del quadro.

Questa corrente di cortocircuito di valore minimo viene ulteriormente ridotta dalla tensione d’arco al verificarsi di un guasto nel quadro. Per impostare correttamente il valore della corrente di intervento nella DTU si raccomanda pertanto di ridurre il valore minimo calcolato della corrente di cortocircuito del 30% (ciò vale per i quadri di media tensione).

A questo punto deve essere stabilito il valore massimo della corrente che il trasformatore di corrente (che alimenta la DTU) può trasmettere fino all’intervento della DTU.

Tra questi due valori di corrente, il più piccolo costituisce la corrente massima che può essere impostata nella DTU.

A 1.3 Determinare la corrente trasmessa dal trasformatore

La corrente trasmessa dal trasformatore esistente, senza consistenti effetti di saturazione, fino all’intervento della DTU dipende:– dai dati tecnici del trasformatore di corrente, e– dai carichi connessi al trasformatore di corrente.

A 1.3.1 Note esplicative sui dati tecnici del trasformatore di corrente

La DTU può essere attivata dai trasformatori di corrente impiegati per la protezione. Le prestazioni dei trasformatori sono identificate con la lettera P in base alla sigla della classe di precisione.

Esempio: 2000/1 20VA 5P10

Legenda:

2000 A Corrente primaria nominale

1 A Corrente secondaria nominale

20VA Carico nominale

5P Classe di precisione (tabella 14)

10 Fattore limite di precisione

Classe di precisione 5 P 10 P

Deviazione della misura della corrente primaria nominale

± 1 % ± 3 %

Angolo di sfasamento della corrente primaria nominale

- minuti

- centiradianti

± 60

± 1,8

–

–

Deviazione della misura totale della corrente limite di precisione nominale(Corrente nominale per fattore limite di precisione)

5 % 10 %


A 1.3.2 Determinazione del carico (o resistenza)

In linea di principio devono essere determinati tre carichi per il circuito secondario del trasformatore di corrente:

1. Resistenza interna (carico interno) del trasformatore di corrente (lato secondario) - Rct

La resistenza interna può essere ottenuta dalle misure registrate del trasformatore di corrente o può essere determinata usando uno strumento di misura (misura della resistenza) e deve essere poi estrapolata ad una temperatura di + 75 °C.

Attenzione La misura della resistenza con uno strumento può essere

eseguita solo quando la corrente primaria del trasformatore di corrente è pari a zero, cioè questa misura non deve essere eseguita durante il normale funzionamento.

2. Resistenza dei conduttori di connessione – Rwire

Devono essere determinate le lunghezze (l) e le sezioni (A) dei conduttori di connessione. Tali valori vengono poi utilizzati per il calcolo delle resistenze, che saranno poi estrapolate a + 75 °C.

R = r x l/A

R = resistenza ohmica

r = resistività (normalmente specificata per + 20 °C)

r = 0,0178 μOhm (per il rame a + 20 °C)

r = 0,0216 μOhm (per il rame a + 75 °C)

l = lunghezza del conduttore

A = sezione trasversale del conduttore

La tabella 15 mostra i valori di resistenza per metro di condut-tore in rame per le diverse sezioni trasversali a + 75 °C:

Materiale 2,5 mm2 4 mm2 6 mm2

Rame 0,00865 Ω/m 0,00541 Ω/m 0,00360 Ω/m

Tabella 15

3. Resistenza d’ingresso del relè connesso

La resistenza d’ingresso (carico) dei relè connessi può essere rintracciata nelle relative schede tecniche.

In alternativa, la resistenza dei conduttori di connessione (Rwire) e la resistenza di ingresso dei relé (Rrelay) possono essere determinate con misure di corrente e tensione ai morsetti del trasformatore di corrente (lato secondario): ((Rrelay+ Rwire )= U/I). Si raccomanda l’uso di un amperometro a pinza per la misura della corrente, perché i morsetti del trasformatore di corrente non devono per alcun motivo essere aperti durante il normale funzionamento.

Le resistenze di ingresso (carichi) della DTU hanno i seguenti valori:

– Corrente secondaria nominale 1 A: < 0,5 VA (500 m Ω) – Corrente secondaria nominale 5 A: < 0,5 VA ( 20 m Ω)

La resistenza totale Rtot è calcolata come segue:

Rtot = Rct + Rwire + Rrelay

dove:

Rtot = Resistenza totale

Rct = Resistenza interna (carico interno) del trasformatore di corrente (lato secondario)

Rwire = Resistenza dei conduttori di connessione

Rrelay = Resistenze d’ingresso dei relè connessi


A 1.3.3 Determinare il fattore limite di precisione

Il fattore limite di precisione di un trasformatore di corrente indica il massimo multiplo della corrente nominale per il quale la corrente è già trasformata con un valore di precisione specificato. Al di sopra del fattore limite di precisione, la corrente secondaria può risultare distorta per effetto della saturazione del trasformatore.

Il fattore limite di precisione effettivo si calcola come segue:

dove:

FA = Fattore limite di precisione effettivo

Fr = Fattore limite di precisione nominale

Sct = Carico interno dell’avvolgimento secondario Sct = Ir

2 x Rct

Sr = Carico nominale (vedere i dati tecnici del trasformatore di corrente)

SA = Carico effettivo con carichi connessi SA = Ir

2 x (Rwire + Rrelay)

Calcolo del fattore limite di precisione effettivo, utilizzando il seguente esempio:

Dati del trasformatore di corrente: 2000 / 1 A 20 VA 5P10Carico interno dell’avvolgimento secondario: Sct = 17,5 VA

Carico nominale del trasformatore di corrente: Sr = 20 VA

Carico effettivo con carichi connessi: SA = 13,5 VA

FA ≈ 12,1

Per ragioni di sicurezza si raccomanda di moltiplicare il fattore limite di precisione di 12,1 qui calcolato per 0,8. Ciò porta ad ottenere una corrente massima di intervento da impostare pari a:

10 x corrente nominale del trasformatore di corrente,

purché il valore inferiore di corrente di cortocircuito calcolato non sia la variabile determinante.

NotaQuesti calcoli sono stati semplificati per facilitare l’applicazione.

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