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Un relè di protezione rileva un guasto in 20 millisecondi. Invia un comando di intervento. L'interruttore automatico non fa nulla.
Questo scenario, in cui il circuito di sgancio si guasta silenziosamente, si colloca tra le condizioni più pericolose nei quadri di media tensione. Il guasto persiste, le apparecchiature subiscono danni da arco voltaico e quella che avrebbe dovuto essere una protezione di routine diventa un'indagine su un incidente grave.
La supervisione del circuito di intervento impedisce questo risultato. Verificando continuamente l'integrità di ogni componente tra il relè di protezione e la bobina di sgancio, il TCS trasforma i guasti nascosti in allarmi visibili. Un filo rotto, un terminale corroso, un avvolgimento fallito della bobina: qualsiasi circuito aperto fa scattare un allarme giorni o settimane prima che un guasto metta alla prova il sistema di protezione.
Il monitoraggio del circuito di chiusura applica gli stessi principi al circuito di chiusura dell'interruttore, garantendo l'esecuzione affidabile delle sequenze di ripristino e di richiusura automatica.
Questa guida copre le tre principali architetture dello schema TCS, fornisce procedure di test passo-passo per la messa in servizio e la manutenzione e fornisce metodi sistematici per la risoluzione dei problemi relativi agli allarmi fastidiosi che affliggono molte installazioni. La comprensione di questi circuiti di supervisione è fondamentale per mantenere una protezione affidabile per interruttore automatico sottovuoto e altre apparecchiature di commutazione MT.
La supervisione del circuito di sgancio monitora continuamente l'intero percorso dall'alimentazione CC alla bobina di sgancio, emettendo immediatamente un allarme in caso di guasto di qualsiasi componente in serie. Questo rilevamento proattivo previene lo scenario catastrofico in cui un relè di protezione funziona correttamente ma l'interruttore non riceve mai il comando di intervento.
La corrente di supervisione, tipicamente 20-50 mA CC, attraversa l'intero circuito di sgancio senza azionare l'interruttore. Questa corrente rimane ben al di sotto della soglia di intervento della bobina di sgancio, che varia da 100-200 mA per la maggior parte degli interruttori di media tensione. Quando un elemento si apre, la corrente di supervisione scende a zero e il relè TCS si allarma.
I componenti sottoposti a monitoraggio continuo includono:
| Tipo di guasto | Causa comune | Velocità di rilevamento del TCS |
|---|---|---|
| Circuito aperto | Filo rotto, terminale allentato | Immediato (< 2 secondi) |
| Perdita di alimentazione CC | Guasto alla batteria, fusibile bruciato | Immediato |
| Bobina di sgancio aperta | Guasto all'avvolgimento, danno termico | Immediato |
| Elevata resistenza | Connessione corrosa | Dipendente dal voltaggio |
| Guasto del contatto ausiliario | Usura meccanica, contaminazione | Dipendente dallo Stato |
I dati raccolti sul campo dai registri di messa in servizio delle sottostazioni industriali rivelano che i guasti alle terminazioni dei cavi rappresentano circa il 35-40% dei guasti ai circuiti di intervento rilevati. I cicli termici, le vibrazioni delle apparecchiature adiacenti e l'ingresso di umidità accelerano il degrado dei collegamenti. I moderni relè TCS forniscono una registrazione dei guasti con data e ora per ogni singolo circuito. Linee guida IEEE PSRC, consentendo ai team di manutenzione di correlare gli allarmi di supervisione con le condizioni ambientali.
La scelta dello schema dipende dalla criticità, dai contatti ausiliari disponibili e dal fatto che l'impianto utilizzi relè discreti o una protezione numerica integrata.
La configurazione più semplice monitora il circuito di intervento solo quando l'interruttore è chiuso. Una resistenza di supervisione si collega in serie alla bobina di sgancio e la corrente passa attraverso il contatto ausiliario normalmente aperto 52a.
Esempio di dimensionamento dei resistori per un sistema a 110 V CC:
La limitazione critica: quando l'interruttore scatta, il contatto 52a si apre e la supervisione si interrompe. Un guasto del circuito di intervento che si verifica mentre l'interruttore è aperto rimane inosservato fino al successivo ciclo di chiusura-triplazione.
Questa configurazione fornisce una supervisione continua indipendentemente dalla posizione dell'interruttore. Lo schema utilizza sia il contatto normalmente aperto 52a che il contatto normalmente chiuso 52b per mantenere un percorso di supervisione in entrambi gli stati.
Lo schema a doppio elemento rileva i guasti dei contatti ausiliari che gli schemi a singolo elemento non rilevano. Se il contatto 52b non si chiude all'apertura dell'interruttore, la corrente di supervisione diminuisce e scatta un allarme. Questo schema è una pratica standard per gli alimentatori critici e gli interruttori di classe di trasmissione.
I moderni relè conformi alla norma IEC 61850 incorporano il TCS come funzione standard. Invece di iniettare la corrente di supervisione attraverso un relè esterno, il dispositivo di protezione monitora la tensione del circuito di intervento attraverso ingressi optoisolati.
Caratteristiche operative:
Non è necessario un relè di supervisione esterno, riducendo il cablaggio del pannello e i potenziali punti di guasto.
| Caratteristica | Base (52a) | Doppio elemento | Integrato |
|---|---|---|---|
| Supervisione all'APERTO | No | Sì | Sì |
| Supervisione quando è chiuso | Sì | Sì | Sì |
| Necessario un relè esterno | Sì | Sì | No |
| Contatti ausiliari necessari | 1 NO | 1 NO + 1 NC | 1 NO minimo |
| Migliore applicazione | Non critico | Alimentatori critici | Nuove installazioni |
[Expert Insight: Selezione dello schema nella pratica].
- Per le alimentazioni di distribuzione a 11kV con chiusura automatica, gli schemi a doppio elemento giustificano il costo aggiuntivo dei contatti ausiliari.
- I progetti di retrofit utilizzano spesso schemi di base a causa della limitata disponibilità di contatti ausiliari sugli interruttori tradizionali.
- Il TCS integrato elimina i problemi di declassamento termico del resistore di supervisione nelle installazioni ad alta temperatura.
- Verificare sempre la temporizzazione della sovrapposizione dei contatti ausiliari prima di specificare schemi a doppio elemento.
Il monitoraggio del circuito chiuso utilizza architetture di schema identiche, ma supervisiona il percorso verso la bobina di chiusura anziché la bobina di intervento. La differenza critica sta nell'interazione con il relè antipompa.
I circuiti antipompa impediscono tentativi di chiusura ripetuti se il comando di chiusura rimane attivo dopo la chiusura dell'interruttore. Il contatto del relè antipompa si apre dopo l'avvio della chiusura, interrompendo il circuito della bobina di chiusura. Questa normale funzione di protezione può innescare allarmi di disturbo se la supervisione del circuito di chiusura reagisce prima che il relè antipompa si ripristini.
Soluzione: Configurare la supervisione con un reset ritardato di 2-5 secondi dopo le operazioni di chiusura. Questo ritardo consente ai contatti del relè antipompa di tornare allo stato normale prima che la supervisione rivaluti l'integrità del circuito.
| Aspetto | Circuito di viaggio | Circuito chiuso |
|---|---|---|
| Impatto del fallimento | Guasto di protezione | Ritardo nel ripristino |
| Livello di priorità | Critico | Importante |
| Interazione anti-pompa | No | Sì: richiede un reset ritardato |
| Supervisione tipica | Sempre consigliato | Dipendente dall'applicazione |
I guasti ai circuiti chiusi ritardano le sequenze di ripristino e compromettono gli schemi di chiusura automatica. Sebbene sia meno critico rispetto ai guasti ai circuiti di intervento, il monitoraggio dei circuiti chiusi diventa essenziale per gli alimentatori che servono ospedali, centri dati o industrie a processo continuo, dove la velocità di ripristino ha un impatto diretto sulle operazioni.
La messa in servizio e la manutenzione periodica richiedono la verifica sistematica che il TCS rilevi i guasti in ogni potenziale punto di guasto. I test devono confermare sia la generazione di allarmi in caso di guasto, sia l'assenza di interferenze con le operazioni di intervento effettive.
Procedura:
Riepilogo dei criteri di accettazione:
Gli allarmi fastidiosi erodono la fiducia dell'operatore e portano alla stanchezza da allarme, una condizione pericolosa in cui gli allarmi legittimi vengono ignorati. La risoluzione sistematica dei problemi elimina i falsi positivi, preservando la supervisione autentica.
Sintomo: Allarme TCS momentaneo durante le operazioni di scatto o chiusura, con ripristino entro 1-2 secondi.
Causa: I contatti ausiliari meccanici presentano un rimbalzo durante le transizioni di stato. Se il contatto 52a si apre prima che il contatto 52b si chiuda durante un intervento, si verifica un breve vuoto di supervisione.
Correzioni:
Sintomo: Allarmi intermittenti del TCS correlati a operazioni di commutazione in altri punti del sistema CC.
Causa: I guasti a terra non rilevati sui sistemi CC non collegati a terra creano percorsi di corrente di nascosto che influenzano i livelli di tensione di supervisione quando altri circuiti commutano.
Correzioni:
Sintomo: Il relè del TCS non riesce a ricevere in modo affidabile o cade su piccole fluttuazioni di tensione CC.
Causa: Valore della resistenza di supervisione troppo alto, con conseguenti condizioni di pick-up marginali.
Correzioni:
Sintomo: Allarmi del TCS durante le operazioni di commutazione in altre parti della sottostazione, senza alcuna correlazione con la posizione dei sezionatori o i guasti del sistema CC.
Causa: L'interferenza elettromagnetica dei transitori di commutazione si accoppia al cablaggio di supervisione.
Correzioni:
| Sintomo | Primo controllo | Probabile correzione |
|---|---|---|
| Allarme durante le operazioni | Temporizzazione dei contatti ausiliari | Aggiungere un ritardo di 50-100 ms |
| Allarmi casuali intermittenti | Rilevatore di guasti a terra CC | Individuare e riparare il terreno |
| Il relè non rimane sollevato | Livello di supervisione attuale | Ridurre il valore della resistenza |
| Allarmi durante la commutazione nelle vicinanze | Passaggio dei cavi | Schermare o reinstradare i cavi |
[Expert Insight: scorciatoie per la risoluzione dei problemi sul campo].
- Portate con voi un milliampimetro a pinza: la misurazione dell'effettiva corrente di supervisione identifica immediatamente le condizioni marginali di prelievo.
- Gli allarmi intermittenti sono spesso correlati alla temperatura; controllare gli schemi degli allarmi mattutini e pomeridiani.
- Prima di sostituire i componenti, flettere delicatamente i cavi alle terminazioni mentre si monitora lo stato del TCS: ciò rivela i collegamenti allentati più rapidamente del test di isolamento.
- Documentate ogni indagine sugli allarmi di disturbo; i modelli emergono su più eventi che l'analisi di un singolo evento non riesce a cogliere.
Le nuove installazioni devono specificare i contatti ausiliari e le caratteristiche della bobina che supportano un'implementazione affidabile del TCS dalla messa in servizio alla durata di vita.
Requisiti dei contatti ausiliari:
Specifiche della bobina di scatto e chiusura:
Requisiti di integrazione:
XBRELE interruttori automatici sottovuoto sono forniti con configurazioni di contatti ausiliari compatibili con il TCS. Contattate il nostro team tecnico per discutere i requisiti dello schema di supervisione per la vostra applicazione specifica.
La messa in funzione di decine di schemi TCS in sottostazioni di distribuzione e industriali ha rivelato modelli coerenti che la documentazione raramente coglie.
Le connessioni a morsettiera si guastano più spesso dei cavi. L'ambiente vibratorio intorno agli interruttori automatici allenta le crimpature delle ghiere nell'arco di 3-5 anni. Durante la messa in servizio, controllare la coppia di serraggio di ogni terminazione e registrare i valori di base. Ricontrollare durante il primo ciclo di manutenzione annuale.
La temporizzazione dei contatti ausiliari varia a seconda dei produttori di interruttori. Alcuni interruttori presentano intervalli di 10-15 ms tra l'apertura di 52a e la chiusura di 52b durante le operazioni di intervento. Verificare la tempistica effettiva durante la messa in servizio e regolare di conseguenza il ritardo di sgancio del relè TCS.
La documentazione di base evita ritardi nella risoluzione dei problemi. Registrare l'entità della corrente di supervisione, i tempi di attivazione/disattivazione del relè TCS e la tensione del circuito di intervento al momento della messa in servizio. Quando anni dopo compaiono allarmi fastidiosi, il confronto dei valori di corrente con la linea di base identifica immediatamente il degrado.
Etichettare distintamente i cavi dei circuiti di supervisione. Le marcature standard blu o grigie dei cavi di controllo sono insufficienti. Per identificare i circuiti di supervisione in caso di manutenzione futura, quando i disegni potrebbero non essere disponibili, utilizzare targhette per cavi uniche o termoretraibili colorati.
Includere lo stato del TCS nelle ispezioni di routine. Aggiungere il controllo del LED di allarme del TCS alla lista di controllo mensile della sottostazione. Un LED di allarme acceso di continuo, che gli operatori hanno imparato a ignorare, indica sia un guasto del circuito che un fallimento della procedura.
Comprendere il interruttore a vuoto tecnologia e componenti per quadri elettrici che il TCS protegge fornisce un contesto essenziale per la progettazione di un sistema di supervisione completo.
La supervisione dei circuiti di intervento trasforma i guasti nascosti in elementi di manutenzione attivabili. L'investimento in un'adeguata progettazione dello schema TCS, in un'accurata prova di messa in servizio e nell'eliminazione sistematica degli allarmi di disturbo ripaga con una maggiore affidabilità della protezione e una riduzione dei danni da guasto.
Principali risultati:
I sistemi di protezione esistono per funzionare quando i guasti richiedono un intervento. Il TCS garantisce che lo facciano.
Riferimento esterno: IEC 62271-106 - Norma IEC 62271-106 per contattori in c.a.
R: L'allarme del TCS si attiva quando la corrente di supervisione scende al di sotto della soglia di prelievo del relè, indicando un circuito aperto in qualsiasi punto del percorso di intervento, compresi i fili rotti, gli avvolgimenti della bobina guasti, i contatti ausiliari aperti o la mancanza di tensione di alimentazione CC.
R: La corrente di supervisione è in genere compresa tra 20 e 50 mA CC, il che consente di mantenere un pick-up affidabile del relè, pur rimanendo ben al di sotto della soglia di 100-200 mA richiesta per il funzionamento della maggior parte delle bobine di sgancio a media tensione.
R: Il TCS rileva immediatamente i circuiti aperti completi, ma non è in grado di identificare in modo affidabile il degrado parziale della bobina; l'andamento della corrente di supervisione nel tempo e il confronto con i valori di base della messa in servizio aiutano a identificare le variazioni graduali della resistenza prima del guasto completo.
R: I brevi allarmi durante le operazioni sono tipicamente dovuti al rimbalzo dei contatti ausiliari o a lacune di temporizzazione negli schemi a doppio elemento; l'aggiunta di un ritardo di caduta di 50-100 ms al relè TCS filtra questi transitori senza compromettere il rilevamento dei guasti reali.
R: Il monitoraggio della bobina di scatto misura specificamente la resistenza della bobina o le condizioni termiche, mentre il TCS monitora l'intero percorso del circuito, compresi l'alimentazione CC, il cablaggio, i contatti ausiliari e la bobina, fornendo una copertura più ampia dei potenziali punti di guasto.
R: Testare la funzionalità del TCS durante la messa in servizio iniziale con una verifica completa punto per punto, quindi durante gli intervalli di manutenzione ordinaria della protezione di 2-4 anni; documentare tutti i risultati dei test e confrontarli con i valori di base.
R: La maggior parte dei relè numerici conformi alla norma IEC 61850 include la funzionalità TCS integrata che monitora la tensione del circuito di intervento attraverso ingressi optoisolati, eliminando i relè di supervisione esterni e il relativo cablaggio nelle nuove installazioni, pur fornendo una capacità di rilevamento equivalente.
