🥇Sistema di protezione da arco con attivazione tramite segnale di corrente

Nella concezione classica, la protezione ad arco in Russia è una protezione a rapida azione contro i cortocircuiti, basata sulla registrazione dello spettro luminoso di un arco elettrico aperto in un'unità di distribuzione. Il metodo più comune per registrare lo spettro luminoso è l'uso di sensori a fibra ottica, principalmente nel settore industriale. Tuttavia, con l'introduzione di nuovi prodotti nel campo della protezione ad arco nel settore residenziale, come i dispositivi AFDD modulari che funzionano tramite segnale di corrente, si può installare la protezione ad arco sulle linee in uscita, incluse scatole di distribuzione, cavi, connessioni, prese, ecc., l'interesse su questo tema sta crescendo.

Tuttavia, i produttori non divulgano molti dettagli sulle specifiche e il funzionamento delle soluzioni modulari (quindi, se qualcuno ha informazioni al riguardo, sarei felice di avere link a fonti affidabili), mentre per i sistemi di protezione ad arco nel settore industriale, esiste una guida utente dettagliata di 122 pagine, che espone in modo approfondito il principio di funzionamento.

Consideriamo ad esempio il sistema di protezione contro le arcate VAMP 321 di Schneider Electric, che include tutte le funzioni di protezione dalle arcate, come sovraccarico di corrente e controllo della presenza di arcate.

Funzionalità

Controllo della corrente in tre fasi.
Corrente di sequenza nulla.
Registri degli eventi, registrazione delle modalità d'emergenza.
Attivazione simultanea tramite corrente e luce, oppure solo tramite luce, oppure solo tramite corrente.
Il tempo di attivazione dell'uscita con relè meccanico è inferiore a 7 ms; con una scheda IGBT opzionale, il tempo di attivazione si riduce a 1 ms.
Zone di attivazione configurabili.
Sistema di auto-monitoraggio continuo.
Il dispositivo può essere utilizzato in vari sistemi di protezione contro le arcate per reti di distribuzione a bassa e media tensione.
Il sistema di rilevazione delle scariche delle arcate e di protezione contro le arcate misura la corrente di cortocircuito e il segnale attraverso i canali del sensore di arcata e, in caso di cortocircuito, minimizza il tempo di combustione disattivando rapidamente l'alimentazione della corrente che alimenta l'arcata.

Principio di correlazione delle matrici

Impostando le condizioni di attivazione di un determinato livello di protezione contro le arcate, si applica una somma logica alle uscite delle matrici di luce e corrente.

Se la soglia di protezione è scelta solo su una matrice, funziona in base al segnale di corrente o a quello luminoso, permettendo di configurare il sistema per operare solo col segnale di corrente.

Segnali disponibili per il monitoraggio nella programmazione delle soglie di protezione:

Correnti nelle fasi.
Corrente di sequenza nulla.
Tensioni lineari.
Tensioni di fase.
Tensione della sequenza zero.
Frequenza.
Somma delle correnti di fase.
Corrente della sequenza diretta.
Corrente della sequenza inversa.
Valore relativo della corrente della sequenza inversa.
Rapporto tra le correnti della sequenza inversa e della sequenza zero.
Tensione della sequenza diretta.
Tensione della sequenza inversa.
Valore relativo della tensione della sequenza inversa.
Valore medio della corrente nelle fasi (IL1+IL2+IL3)/3.
Valore medio delle tensioni UL1, UL2, UL3.
Valore medio delle tensioni U12, U23, U32.
Coefficiente di distorsione non lineare IL1.
Coefficiente di distorsione non lineare IL2.
Coefficiente di distorsione non lineare IL3.
Coefficiente di distorsione non lineare Ua.
Valore quadratico medio IL1.
Valore quadratico medio IL2.
Valore quadratico medio IL3.
Valore minimo IL1, IL2, IL3.
Valore massimo IL1, IL2, IL3.
Valore minimo U12, U23, U32.
Valore massimo U12, U23, U32.
Valore minimo UL1, UL2, UL3.
Valore massimo UL1, UL2, UL3.
Valore di fondo Uo.
Valore quadratico medio Iо.

Registrazione delle modalità di emergenza

La registrazione delle modalità di emergenza può essere utilizzata per salvare tutti i segnali di misura (correnti, tensioni, informazioni sullo stato degli ingressi e delle uscite digitali). Gli ingressi digitali includono anche i segnali di protezione da arco.

Avvio registrazione

La registrazione può essere avviata dall'attivazione di qualsiasi livello di protezione o da qualsiasi ingresso digitale. Il segnale di avvio è selezionato nella matrice dei segnali di uscita (segnale verticale DR). Inoltre, la registrazione può essere avviata manualmente.

Auto-controllo

La memoria non volatile del dispositivo è realizzata utilizzando un condensatore di grande capacità e una memoria a bassissimo consumo energetico.

Quando la fonte di alimentazione ausiliaria è attiva, il condensatore e la memoria RAM vengono alimentati dalla fonte interna. Quando la fonte di alimentazione è spenta, la memoria RAM inizia a ricevere energia dal condensatore. Essa conserverà le informazioni finché il condensatore è in grado di mantenere una tensione accettabile. In un ambiente con temperatura di +25°C, il tempo di funzionamento è di 7 giorni (l'alta umidità riduce questo parametro).

La memoria RAM non volatile serve per memorizzare registrazioni sui modi di emergenza e sul registro degli eventi.

Le funzioni del microcontrollore e l'integrità dei cavi associati, insieme al corretto funzionamento del software, sono controllate da una rete indipendente di auto-monitoraggio. Oltre al controllo, questa rete tenta di riavviare il microcontrollore in caso di guasto. Se il riavvio non riesce, il dispositivo di auto-monitoraggio invia un segnale per attivare l'indicazione di un danno interno permanente.

Se il dispositivo di autodiagnosi rileva un danno permanente, blocca altri relè di uscita (eccetto il relè di uscita della funzione di autodiagnosi e i relè di uscita utilizzati dalla protezione ad arco).

Viene controllata anche la fonte di alimentazione interna. In caso di assenza di alimentazione supplementare, viene automaticamente inviato un segnale di allerta. Ciò significa che il relè di uscita per il danno interno è sotto tensione se la fonte di alimentazione supplementare è attivata e non ci sono danni interni rilevati.

Viene effettuato il controllo dell'unità centrale, dei dispositivi di input/output e dei sensori.

Misurazioni utilizzate dalla funzione di protezione ad arco

Le misurazioni della corrente nelle tre fasi e della corrente di guasto a terra per la protezione ad arco vengono effettuate dall'elettronica. L'elettronica confronta i livelli di corrente con i valori delle soglie di attivazione e fornisce segnali binari “I>>” o “Io>>” per la funzione di protezione ad arco in caso di superamento dei limiti. Sono considerati tutti i componenti della corrente.

I segnali “I>>” e “Io>>” sono associati al chip FPGA che svolge la funzione di protezione da arco. La precisione di misura per la protezione da arco è di ± 15% a 50 Hz.

Armoniche e Distorsione Totale di Tensione (THD)

Il dispositivo calcola il THD come percentuale delle correnti e tensioni alla frequenza fondamentale.

Vengono considerate armoniche dalla 2ª alla 15ª per le correnti e le tensioni di fase. (La 17ª armonica sarà parzialmente considerata nel valore della 15ª armonica. Questo avviene a causa dei principi di misura digitale.)

Modalità di misura della tensione

A seconda del tipo di applicazione e dei trasformatori di corrente disponibili, il dispositivo può essere collegato o alla tensione a sequenza zero, alla tensione lineare o alla tensione di fase. Il parametro configurabile “Modalità di misura della tensione” deve essere impostato in base alla connessione utilizzata.

Modalità disponibili:

“U0”

Il dispositivo è connesso alla tensione a sequenza zero. È disponibile la protezione direzionale da corto circuito a terra. Non sono disponibili misurazioni della tensione lineare, misurazioni energetiche e protezioni contro sovratensioni e sottotensioni.

“1LL”

Dispositivo connesso a tensione lineare. Misura della tensione in una fase disponibile e protezione per la riduzione e l'aumento della tensione. La protezione direzionale contro i cortocircuiti a terra non è disponibile.

“1LN”

Dispositivo connesso a tensione monofase. Misura della tensione in una fase disponibile. Nelle reti con neutro a terra isolato e compensato, sono disponibili protezioni per la riduzione e l'aumento della tensione. La protezione direzionale contro i cortocircuiti a terra non è disponibile.

Componenti simmetrici

Nella sistema trifase, le tensioni e le correnti possono essere scomposte in componenti simmetriche, secondo Fortescue.

Le componenti simmetriche sono:

Sequenza diretta.
Sequenza inversa.
Sequenza zero.

Oggetti controllati

Questo dispositivo consente di controllare fino a sei oggetti, come interruttori, sezionatori o lame di terra. Il controllo può avvenire secondo il principio 'selezione-azione' o 'controllo diretto'.