Site hosted by Angelfire.com: Build your free website today!

LE PROTEZIONI ELETTRICHE COME FATTORE DI DURATA DEGLI IMPIANTI

Ingg. Carlo Del Carlo, Domenico Gambirasio, Claudio Turella

Giugno 1998

 

SOMMARIO

La memoria intende analizzare come il sistema di protezione deve modificarsi, se l’impianto è progettato per una durata di vita diversa da quella normalmente prevista.

Si evidenzia come, in questo caso, il sistema di protezione deve essere ancora più efficace in quanto le macchine operano in condizioni più critiche avendo durata di vita limitata. Non sono solo gli apparecchi (relè di protezione e sganciatori) a rendere più puntuale ed efficace il sistema di protezione, ma più in generale un’attenta e meticolosa regolazione degli stessi (anche con criteri di selettività che consentono una riduzione dei tempi di intervento delle protezioni) in simbiosi con le caratteristiche del processo e delle macchine.

Il costo del relè di protezione è pressoché ininfluente sul costo globale dell’impianto elettrico e quindi poco si giustificano scelte d’economia sullo stesso.

In conclusione si presenta l’esempio di un impianto ove, a seguito di un aumento della potenza installata con conseguente innalzamento del livello di corto circuito dell’impianto oltre il potere di apertura degli interruttori installati, si è procrastinato il funzionamento applicando un sistema di protezione più sofisticato.

 

Introduzione

In questa memoria si vogliono esaminare le caratteristiche che deve possedere un sistema di protezione per garantire i requisiti di funzionalità, affidabilità, sicurezza d’intervento e selettività in impianti la cui durata di vita è inferiore al periodo convenzionale (stabilito in circa trenta anni) oppure si protrae il funzionamento degli impianti stessi oltre tale soglia di riferimento. In questi casi, la funzionalità e la rapidità d’intervento delle protezioni costituiscono un fattore decisivo.

Il sistema di protezione di un impianto deve operare quando uno dei componenti o parte dell’impianto stesso sono sede di un guasto oppure deve operare quando il componente stesso lavora in condizioni più onerose di quelle di progetto. Ovviamente fintanto che la macchina o l’impianto operano nelle condizioni previste dal progetto la protezione non deve intervenire, in caso contrario si hanno interventi denominati intempestivi sovente più dannosi dei guasti stessi.

Nel progetto degli impianti si considera la vita presunta come dato di base e conseguentemente si provvede al dimensionamento delle macchine e dell’impianto stesso.

Sovente si paragona il costo dei relè di protezione ad un premio d’assicurazione contro i danneggiamenti dell’impianto e la perdita dell’alimentazione elettrica (e conseguentemente del processo industriale o del consumo d’energia) /1/. In altri contesti, esiste un limite economico alla cifra che s’intende spendere per il sistema di protezione, in genere correlato all’importanza ed al costo di tutta l’installazione. Per l’importanza che il sistema di protezione riveste negli impianti e poiché un sistema di protezione incide di qualche frazione percentuale sull’investimento complessivo dell’installazione stessa non si giustifica il risparmio sulla qualità del sistema di protezione ricercando soluzioni economiche e semplicistiche.

 

IL PROGETTO DELLE PROTEZIONI

I sistemi di protezione sono tra i componenti elettrici dell’impianto che hanno subito la maggiore evoluzione negli ultimi anni, passando dalla tecnologia elettromeccanica, a quella statica (elettronica analogica) ed a quella odierna digitale a microprocessore.

L’utilizzo dei microprocessori nei relè consente di realizzare sistemi di protezione dotati di molteplici vantaggi rispetto alle precedenti protezioni, che ne incrementano le capacità, l’affidabilità e la sicurezza:

I maggiori costruttori di protezioni propongono relè con elevate prestazioni. Purtroppo diventa sempre più complesso operare tutte le regolazioni delle funzioni disponibili ed occorrono sempre maggiori conoscenze impiantistiche ed esperienza. Nei costruttori stanno riducendosi sempre più le competenze tecniche sulle macchine elettriche e sul funzionamento degli impianti e spesso si affida lo studio ed il progetto del relè di protezione a tecnici elettronici esperti di componentistica e di programmazione in grado di studiare protezioni ad altissimo contenuto tecnologico ma senza alcuna soluzione impiantistica precostituita. Per fare un esempio basta pensare a come era semplice regolare una protezione differenziale alcuni anni or sono calcolando solo le regolazioni della soglia d’intervento ed il valore della ritenuta, mentre oggi, per alcune protezioni differenziali digitali, sono richiesti anche più di 15 parametri per una regolazione adeguata.

 

LE PROTEZIONI ELETTRICHE

Le apparecchiature di protezione sviluppate negli ultimi dieci anni dai costruttori hanno definitivamente sancito il passaggio dalla tecnologia statica di tipo analogico alla tecnologia a microprocessore.

I relè della prima generazione sono basati su un microprocessore di tipo dedicato, che nasce in fabbrica con una certa libreria di funzioni che possono essere scelte dal progettista.

La seconda generazione, applicata in modo particolare sulla distribuzione a media tensione, si orienta verso protezioni ad una sola funzione per poter offrire sul mercato un prodotto a basso prezzo pur se con basse prestazioni.

Tale strada porta ad una notevole riduzione del livello tecnico del prodotto e consente l’accesso al mercato a costruttori di limitata esperienza impiantistica.

La protezione, vista come una scatola nera, viene banalizzata.

La scelta applicativa è demandata, quasi fosse uno strumento accessorio, al costruttore del quadro di media tensione o al costruttore del quadro di controllo misura e protezione, quando si tratta della protezione di un generatore o di una stazione elettrica.

Questo comportamento è ovviamente ancora più marcato nel caso di impianti elettrici costruiti con una previsione di durata di vita limitata.

In questo caso il progetto del sistema elettrico nasce in modo affrettato, con previsioni di spesa contenute e si cerca di "limare all’osso" su tutto per cercare di ridurre i costi.

Al momento della messa in servizio o dei primi guasti in presenza di sistemi difficili da gestire, che hanno sistemi di protezione non selettivi e, quello che è peggio, non affidabili in quanto non riescono a proteggere l’impianto in alcune condizioni di guasto critiche o particolari.

I fattori che influenzano in fase di progetto la scelta del tipo di apparecchiature da adottare possono essere così riassunti:

In definitiva bisogna iniziare la progettazione adottando strumenti flessibili che possano consentire al progettista, ma anche in futuro al manutentore o al gestore, di poter modificare ed ampliare il sistema di protezione e controllo in qualsiasi momento e spesso senza interrompere la produzione con la minima perturbazione al sistema elettrico primario.

La funzionalità del sistema nel suo complesso deve essere certa: al momento della messa in servizio, i tempi ristretti di esecuzione non consentono infatti recuperi dovuti ad errori di progettazione o a sorprese finali causate da fattori ignoti al fornitore al momento della progettazione.

Agli impianti è poi richiesto un elevato numero di ore di funzionamento senza interruzioni del servizio e una veloce e rapida individuazione del guasto anche se l’impianto molte volte non è presidiato.

Per ultimo spesso può essere richiesta la possibilità di riutilizzare le apparecchiature su un altro impianto.

Il semplice relè a microprocessore ad una sola funzione o il sistema di controllo e supervisione di tipo tradizionale, eventualmente semplificato e ridotto al minimo delle funzionalità richieste non è quindi più proponibile a meno di non accettare prestazioni ridotte e monche del sistema elettrico.

Le esigenze progettuali cui sopra è dato un breve cenno possono essere soddisfatte affrontando il problema in modo diametralmente opposto.

La soluzione è individuare una piattaforma di apparecchi con una configurazione elettromeccanica standardizzata capace, con semplici operazioni di programmazione, di venire incontro a tutte le esigenze attuali e future.

La flessibilità richiesta deve venire gioco forza dalla potenzialità del microprocessore: esso è chiamato a realizzare tutte le funzioni di protezione, misura, controllo, registrazione eventi e oscilloperturbografia dove necessario.

Le funzioni primarie devono essere sempre demandate alle unità "periferiche" sparse sull’impianto ma diventa sempre più necessaria una comunicazione tra le singole unità e il centro, per arrivare a gestire in modo sicuro non solo gli scambi di comandi ed informazioni su misure ed eventi ma ormai anche interblocchi logici o funzionali tra le singole unità.

La comunicazione elimina la necessità di cablaggi tra le varie apparecchiature sostituendo quasi completamente i cavi di controllo con un collegamento in fibra ottica ove far transitare le "informazioni " dal campo, sia di tipo analogico sia di tipo digitale.

I riduttori di corrente e di tensione possono essere ridotti in numero e prestazioni e ciò è utile specialmente quando si lavora su un impianto di produzione; ad esempio una vecchia centrale di un impianto in cui sostituire sistema di protezione e di controllo.

Con i nuovi sistemi integrati di protezione, controllo e supervisione i segnali digitali (stati, allarmi ecc.) possono essere letti una sola volta e poi elaborati a livello numerico per tutto il sistema. Opportune porte di comunicazione verso sistemi superiori, ad esempio DCS o SCADA consentono di eliminare sull’impianto tutti quei sistemi di acquisizione dati "in parallelo tra loro" che appesantiscono l’impianto.

Queste considerazioni valgono in special modo per impianti industriali dove la semplificazione dei cablaggi è fonte di enormi risparmi e facilità di manutenzione.

La frontiera attuale è il tipo di comunicazione da adottare tra le singole unità.

Premesso che il sistema di protezione e controllo deve essere visto come un’unità a se stante, (preferibilmente affidata ad un unico costruttore), devono invece essere percorse tutte quelle strade che possono portare ad un’integrazione verticale di più sistemi, tralasciando tutte quelle soluzioni che propongono integrazioni orizzontali sullo stesso impianto tra componenti di costruttori diversi: tali soluzioni, fattibili sulla carta, si rivelano sovente fonti di problemi più o meno grossi che possono portare anche al rifacimento di parti del sistema, senza poi avere un responsabile unico.

Se richiesto dal sistema di protezione il tipo di comunicazione tra le periferiche può essere velocizzato al massimo per arrivare al limite ai potenti bus di campo usati ad esempio per collegare i cassetti periferici nei chioschi AT di una protezione di sbarra ad alta tensione con l‘unità centrale per trasferire le informazioni riguardanti i segnali amperometrici, le posizioni dei sezionatori e le decisioni di intervento delle unità di misura centralizzate che devono essere riportate ai chioschi per provocare l’apertura degli interruttori AT.

La piattaforma da proporre sarà quindi formata da tante unità indipendenti a microprocessore di tipo configurabile adatte per la realizzazione delle più disparate funzioni di protezione e controllo, configurabili dal progettista e modificabili in qualsiasi momento praticamente con l’impianto in servizio per soddisfare nuove o diverse esigenze tecniche e funzionali.

Le unità proposte potranno essere diversificate in base alla loro applicazione in unità usate su impianti di media/alta oppure se usate su impianti di alta/altissima tensione.

Le caratteristiche dei segnali provenienti dal campo e le prestazioni richieste ai due differenti sistemi specialmente nel campo dell’affidabilità e della rapidità di intervento possono essere tra loro molto differenti: non possiamo infatti dimenticare che per reti di trasporto o per grosse centrali di generazione il limite non è quello della tenuta dei componenti elettrici protetti ma quello ben più restrittivo del tempo di eliminazione del guasto imposto dal sistema elettrico nel suo complesso per evitare situazioni pericolose per la stabilità delle macchine rotanti o della rete nel suo complesso.

Va ricordato inoltre che spesso ci si trova ad operare delle modifiche su impianti esistenti per incrementare in qualche modo la potenza utilizzabile; abbiamo ad esempio il caso di impianti industriali in cui tale politica ha portato a raggiungere valori di guasto vicini al limite massimo sopportabile dalle apparecchiature primarie e nel frattempo ha ridotto il tempo di eliminazione del guasto a soli 100 - 120 millisecondi.

In questo caso le soluzioni applicative da proporre devono assolutamente prendere l’avvio dal comportamento statico e dinamico del sistema elettrico primario al momento del guasto analizzato nelle sue configurazioni possibili; il risultato finale può essere, ad esempio, il largo utilizzo di protezioni differenziali per gli elementi principali (trasformatori, cavi, sbarre). E’ poi raccomandabile ad esempio aggiungere sui generatori, che possono essere interessati al fenomeno, opportune funzioni di protezione addizionali (come ad esempio la perdita di passo o la protezione contro il massimo flusso) che consentano il pieno sfruttamento delle potenzialità delle macchine esistenti. Può essere questa l’occasione di inserire in un sistema di protezioni esistente, ad esempio di tipo statico o addirittura di tipo elettromeccanico, un terminale di protezione numerico in grado di svolgere tutte quelle protezioni addizionali oggi richieste e che la vecchia tecnologia rendeva inaccessibili per problemi di costo.

Il nuovo terminale rappresenta poi una riserva: in caso di guasti o anomalie sulle vecchie apparecchiature esistenti il microprocessore, senza fermare la macchina, può essere riprogrammato per sostituire le vecchie funzioni danneggiate: ciò rappresenta una buona opportunità perché è sempre più difficile trovare parti di ricambio per i componenti realizzati con le vecchie tecnologie.

 

LA PROTEZIONE DEGLI IMPIANTI IN FUNZIONE DELLA VITA PRESUNTA

Come accennato nell’introduzione, scelte di mercato o esigenze specifiche possono richiedere di realizzare impianti elettrici il cui periodo d’impiego sia inferiore alla durata di vita presunta (breve durata) oppure superiore alla durata di vita presunta per motivi imprevisti o imprevedibili (prolungamento della durata di vita).

Tali situazioni possono verificarsi per differenti situazioni:

Nello studio del sistema di protezione, è necessario chiarire cosa deve fare e come deve operare un sistema di protezione.

Infatti, il sistema di protezione deve configurarsi in base alle caratteristiche delle macchine e alle caratteristiche dell’impianto. In questi due parametri è intrinsecamente presente la differente condizione operativa in funzione della durata di vita presunta dell’impianto stesso.

Nello studio del sistema di protezione di un impianto progettato per vita breve, non bisogna dimenticare che la durata di vita si riferisce solo alle caratteristiche dei componenti l’impianto stesso e non alle caratteristiche del processo (l’obiettivo è una riduzione di vita non una limitazione delle caratteristiche del processo industriale). In pratica occorre che il sistema di protezione si comporti dal punto di vista della selettività in modo indipendente rispetto alla durata di vita, mentre deve su ciascun componente operare per consentire le condizioni operative possibili in funzione della durata di vita di dimensionamento prevista. Sempre più quindi risulta solo ed esclusivamente un problema di regolazioni e non un problema di scelta di nuove o maggior numero di protezioni.

I componenti dell’impianto elettrico (condutture, macchine, interruttori, ecc.) possono (volontariamente) essere sollecitati oltre le normali condizioni d’esercizio, in considerazione della prevista e/o programmata riduzione della durata di vita (apparecchiature costruite per una durata di vita superiore). Il sistema di protezione deve assicurare la sua efficacia poiché molte parti fondamentali e costose dell'impianto sono sfruttate al limite delle capacità di tenuta dei materiali isolanti che rappresentano in pratica la vita stessa della macchina. Alle sollecitazioni termiche dell’impianto possono inoltre sommarsi sollecitazioni meccaniche dovute a guasti quali cortocircuiti.

Pertanto, il sistema di protezione deve essere in grado di circoscrivere nel più breve tempo possibile la zona affetta dal guasto, consentendo di minimizzare l’energia di guasto e contenere il dimensionamento delle apparecchiature /2/.

In fase di progetto e di preparazione dello schema unifilare si devono subito evidenziare quali elementi o parti dell’impianto sono critici per il processo e quali possono subire fermate improvvise. Ad esempio, nel caso di una nave passeggeri, sono critiche per la continuità del servizio le eliche di manovra, mentre possono subire interruzione senza gravi danni le cucine.

Il sistema di protezione può e deve aiutare il progettista a fare in modo che ogni parte di impianto possa operare e debba operare secondo quelle che sono realmente le condizioni richieste dal processo. Il costo del sistema di protezione è irrisorio sul costo globale di un impianto, ma può consentire risparmi notevolissimi. Per fare solo qualche esempio, basta pensare di quanto si potrebbero ridurre le sezioni delle condutture se il tempo di eliminazione del guasto si dimezzasse da 1 a 0.5 secondi, o analogamente per la tenuta di un quadro elettrico (magari ad arco interno) al corto circuito. L’eventuale aggiunta di una protezione, oppure, l’applicazione di selettività di tipo logico possono consentire risparmi anche di qualche punto percentuale sui materiali a fronte di un incremento irrisorio sul costo del sistema di protezione. Si vuol qui ribadire quanto già riportato in tante pubblicazioni che la scelta delle protezioni deve essere oculata ed il coordinamento non deve essere studiato di corsa il giorno prima della messa in servizio, ma prima ancora di procedere al dimensionamento delle macchine. Vale la pena di citare l’esempio recente di una centrale di generazione di centinaia di MVA il cui progetto da parte di un cliente straniero è stato affidato ad una società di ingegneria italiana. Il pagamento della quota del 10% dell’intera progettazione è dell’acquisto dei materiali era condizionato alla preparazione di dieci documenti tra cui lo schema unifilare, le specifiche della stazione di alta tensione del generatore e del trasformatore principale, il dimensionamento dei trasformatori di corrente e lo studio preliminare del coordinamento protezioni. Sono quindi apparsi subito chiari ed evidenti i limiti operativi dell’impianto e quali le caratteristiche di dimensionamento di tutta l’apparecchiatura.

Come l’esempio mostra non solo i relè sono stati considerati, ma anche i trasformatori di misura che sono parte integrale e fondamentale del sistema di protezione (pur se sovente troppo sottovalutati).

 

LA PROTEZIONE COME FATTORE DI RIDUZIONE NEL DIMENSIONAMENTO DEGLI IMPIANTI

Uno dei vantaggi che i nuovi sistemi di protezione consentono per una minore vita dell’impianto ma nel frattempo una maggiore continuità d’esercizio sono i sistemi di supervisione del relè stesso che hanno come risultato una riduzione del tempo presunto di fuori servizio della protezione.

L’avaria di un relè di protezione in concomitanza con il manifestarsi di un guasto su cui dovrebbe intervenire è un evento raro, reso quasi improbabile dalle funzioni di autodiagnostica delle moderne apparecchiature. Ciononostante, esigenze di rete possono giustificare il raddoppio di una protezione con un’altra con funzioni e tarature analoghe o identiche (riserva) oppure l’installazione di ulteriori protezioni con intervento ritardato rispetto a quelle di base con funzione di rincalzo.

I relè a microprocessore hanno minori tolleranze sui tempi d’intervento consentendo quindi di ridurre l’intervallo di tempo della selettività cronometrica tra una protezione a monte e una a valle entro 200-250 ms.

Lo studio di sistemi di protezione con selettività logica o accelerata, consente di ottenere una riduzione nei tempi di intervento delle protezioni stesse. Peraltro, a fronte di un’ulteriore spesa per la realizzazione del "canale di comunicazione" tra i vari relè (es. filo pilota), i tempi di eliminazione dei guasti possono essere contenuti entro 0,2-0,3 secondi (compreso il tempo di apertura dell’interruttore) e non sono richieste particolari elaborazioni e deduzioni sulla filosofia protettiva impiegata.

Conseguentemente si può ottenere un minore dimensionamento dei componenti (condutture, quadri, ecc.) che gioca a favore di una globale riduzione del dimensionamento. Ad esempio, le specifiche tecniche di un quadro elettrico possono richiedere tenute termiche inferiori se si prevede una protezione specifica con tempi di intervento brevi /4/. In altri casi, possono essere impiegati sezionatori ed interruttori di manovra senza potere di chiusura su cortocircuito: è sufficiente determinare e prescrivere la corrente di breve durata e la corrente di cresta ammissibile in grado di sopportare (in posizione di chiuso) le sollecitazioni dinamiche e termiche corrispondenti al tempo di durata delle correnti di cortocircuito stabilite con il piano di regolazione delle protezioni.

Le protezioni, abbinate al sistema di controllo ed automazione, consentono di estendere le loro funzioni fino a permettere, per determinate situazioni, la prevenzione dei guasti /3/. Infatti, le possibilità di monitoraggio e di elaborazione numerica permettono al sistema di protezione di registrare le grandezze (elettriche, termiche e meccaniche) ritenute significative da inviare al sistema di supervisione e gestione (o in loco) per fornire segnalazioni e preziose informazioni per una valutazione degli eventi transitori ed effettuare pronostici di evoluzione del fenomeno.

Protezioni di tipo adattativo (ovvero in grado di valutare le reali situazioni di esercizio di un componente in funzione dei parametri della rete) possono consentire un ottimale sfruttamento dei componenti. Un esempio è rappresentato dalle protezioni in grado di valutare l’energia interrotta da un apparecchio e quindi indicare limiti di impiego e i tempi di manutenzione. Sviluppi più significativi dal punto di vista economico potrebbero arrivare dalla possibilità di monitorare la vita di una conduttura in funzione delle condizioni di esercizio e della storia vissuta.

 

LA REGOLAZIONE DELLE PROTEZIONI IN FUNZIONE DELLA VITA DEGLI IMPIANTI

Molto più rispetto a quanto non era richiesto in passato, si chiede quindi oggi all’impiantista che elabora lo studio di coordinamento delle protezioni, maggiori conoscenze dettagliate sulle caratteristiche costruttive delle macchine e sul funzionamento degli impianti.

Le nuove tecniche di costruzione delle protezioni presentano in ogni modo notevoli vantaggi in quanto consentono di proteggere la macchina o l’impianto fino ai limiti desiderati. Disponendo di molteplici funzioni di protezioni in un’unica custodia si riesce a descrivere alla protezione una caratteristica d’intervento prossima alle reali condizioni di dimensionamento della macchina da proteggere.

Nell’analizzare le caratteristiche del sistema di protezione per impianti che hanno una ‘vita breve’, si è verificato come risulta più complessa la regolazione del sistema di protezione piuttosto che il sistema di protezione stesso. Infatti occorre ‘limare’ il più possibile le regolazioni per proteggere accuratamente e ‘al limite’ tutte le macchine riducendo, come già evidenziato, il più possibile i tempi di permanenza del guasto nella macchina e nell’impianto.

 

ESEMPIO APPLICATIVO: COME LA SOSTITUZIONE D’UN RELÈ DI MASSIMA CORRENTE HA EVITATO E PROCRASTINATO LA SOSTITUZIONE D’UNA BATTERIA D’INTERRUTTORI.

In Fig. 1 è illustrata una stazione elettrica AT/MT che ha subito, nel tempo, un incremento dei livelli di cortocircuito sulle sbarre MT ad un valore superiore al potere d’interruzione dei rispettivi interruttori. Tale incremento è imputabile ad un imprevedibile crescita del livello d’interconnessione sulla rete AT al quale è conseguito un incremento della potenza di cortocircuito. Altra causa può essere un incremento dell’utenza in MT alimentata dalla stazione elettrica con la conseguente sostituzione (con macchine di taglia superiore) od aumento dei trasformatori in parallelo. L’esercizio della stazione è con i congiuntori di sbarra normalmente chiusi. Nel caso specifico i calcoli di ridimensionamento dell’intera stazione hanno evidenziato che la tenuta al cortocircuito dell’intera batteria d’interruttori in MT delle utenze era insufficiente in caso di cortocircuito franco in prossimità delle sbarre. Ogni interruttore MT è protetto da guasti con un relè di massima corrente a tempo indipendente a due soglie d’intervento: la prima è regolata per il sovraccarico con un ritardo di qualche secondo, mentre la seconda protegge la linea dal cortocircuito con intervento istantaneo. Gli interruttori MT dei trasformatori possiedono lo stesso tipo di protezione per le sovracorrenti con un ritardo di mezzo secondo sul cortocircuito per essere selettivi con le partenze. La sostituzione di questi relè con altri del tipo a tre soglie d’intervento (Fig. 2), di cui due dedicate al cortocircuito, ha consentito di procrastinare la sostituzione dell’intera batteria d’interruttori. Si è alzato a 0,25 secondi il tempo di intervento per cortocircuito dei relè posti a protezione di tutte le partenze MT. I relè dei trasformatori lato MT hanno mantenuto le regolazioni precedenti per le prime due soglie, mentre la terza soglia aggiunta (seconda per intervento su cortocircuito) è stata regolata con intervento istantaneo quando viene superata una soglia di corrente di circa il 20-30 % inferiore alla corrente di cortocircuito simmetrico trifase presunta alle sbarre MT. In caso d’intervento di questa terza soglia di massima corrente, oltre a venire aperto il rispettivo interruttore di trasformatore lato MT, viene aperto anche il corrispondente interruttore lato AT. Qualche difficoltà (selettività) nasce nell’individuazione della linea affetta dall’elevata corrente di guasto in quanto, presumibilmente, in cortocircuito. Una soluzione può essere abilitare la segnalazione (permanente con ripristino manuale) d’avvio relè di massima corrente in seconda soglia (cortocircuito) a tutte le partenze MT.

Per individuare rapidamente il guasto e poter riprendere il servizio in modo rapido, si sono quindi utilizzate le soglie d’avviamento delle protezioni delle partenze, e tramite un PLC, si è provveduto (ad impianto disalimentato) a comandare l’apertura della linea guasta e successivamente a richiudere il montante d’arrivo per rialimentare l’intero sistema sano.

L’esempio dimostra, di fatto, come con i sistemi di protezione è possibile ottenere notevoli vantaggi economici pur a fronte di riduzioni di ‘prestazioni globali’ del sistema non in termini di funzionamento normale, ma in condizioni di guasto o di funzionamento degradato a seguito di precedenti guasti o manutenzioni.

 

CONCLUSIONI

Un’economia e semplificazione del sistema di protezione trovano applicazione solo in tipologie impiantistiche molto semplici e la cui continuità di servizio non è un fattore determinante. In genere, a parità di materiali impiegati, ad una durata di vita breve dell’impianto corrisponde una richiesta di maggiori prestazioni e quindi sollecitazioni dello stesso.

Conseguentemente il sistema di protezione deve essere più affidabile e sofisticato del normale, ricorrendo anche a criteri di ridondanza e rincalzo delle protezioni stesse, ovvero, si richiede un sistema di protezione sovradimensionato anziché sottodimensionato ciò in quanto macchine e componenti vanno ad operare in condizioni limite.

In pratica si riduce il margine esistente tra le condizioni d’esercizio e le condizioni limite, obbligando il progettista ad individuare correttamente quell’area ove porre la caratteristica d’intervento della protezione stessa.

Dal punto di vista della selettività d’intervento, potremmo incorrere in maggiori difficoltà in quanto il ridotto dimensionamento dei componenti potrebbe ridurre anche i limiti di tenuta e quindi non consentire un adeguato coordinamento selettivo. Questo parametro deve essere quindi tenuto in considerazione in fase di progetto per assicurare comunque all’impianto la piena funzionalità richiesta anche a seguito di guasti o perturbazione in rete.

La diffusione dei sistemi di protezione del tipo a microprocessore, soddisfa gran parte delle caratteristiche ricercate.

 

Bibliografia

/1/ AA.VV.: Power system protection. Principles and components. Vol. 1 Perengrinus, 1981

/2/ R. Fava, P. F. Lionetto, E. Raffagnato: L’affidabilità, le anomalie e la verifica in esercizio degli apparecchi di manovra, di protezione e ausiliari. Corso di aggiornamento "Il miglioramento e l’innovazione nell’esercizio degli apparecchi, delle macchine e degli impianti elettrici". Vol. 1 Università di Pavia, Dipartimento di ingegneria elettrica, 4-7 giugno 1990.

/3/ D. Gambirasio, P. F. Lionetto, F. Tommazzolli: Progetto coordinato di una rete industriale del sistema di protezioni. Giornate di studio "Progetto degli impianti elettrici di energia. Reti industriali e servizi ausiliari delle centrali termoelettriche". Vol. 1 Università di Pavia, Dipartimento di ingegneria elettrica, 19-22 giugno 1989.

/4/ F. Benzi, P. Ferrari Bardile, E. Fiorino: La protezione dei motori dei trasformatori e la loro massima utilizzazione. Corso di aggiornamento su Apparecchi e Impianti Elettrici "Il progetto degli impianti elettrici di energia. Le norme e la regola dell’arte". Vol. 1 Università di Pavia, Dipartimento di ingegneria elettrica, 10-13 giugno 1991.

/5/ M. Carrescia, V. Carrescia, F. Gagliardi, L. Ippolito, C. Landi, D. Villacci: Ipotesi d’impiego di protezioni adattative.. 95° Riunione Annuale AEI. Roma, settembre 1995.

/6/ S. Gallabresi: I relè nei sistemi di protezione. Elettrificazione n° 5/1993