VPIS / Nozioni di base sui sensori capacitivi: Selezione, cablaggio, cause di false indicazioni

La sicurezza dei quadri dipende dal sapere se i circuiti sono sotto tensione prima di iniziare i lavori di manutenzione. L'ispezione visiva non è in grado di distinguere tra i circuiti a 12 kV sotto tensione e quelli non sotto tensione; i lavoratori si affidano ai sistemi di indicazione della presenza di tensione (VPIS) per avere questa conferma. Una singola falsa indicazione può causare lesioni da arco elettrico o morte.

I sensori capacitivi costituiscono il cuore della maggior parte delle moderne installazioni VPIS. A differenza dei trasformatori di potenziale che richiedono il coordinamento dell'isolamento e la modifica del circuito primario, i sensori capacitivi si montano esternamente su cavi o sbarre, rilevando i campi elettrici senza connessione galvanica. Se scelti e installati correttamente, forniscono indicazioni di tensione affidabili per decenni. Se installati in modo errato, producono falsi positivi, falsi negativi o un funzionamento intermittente che erode la fiducia dell'operatore.

Questa guida spiega come funzionano i sensori di tensione capacitivi, come selezionare i modelli appropriati per le diverse applicazioni di MT, le pratiche di cablaggio corrette per evitare false indicazioni e le tecniche di risoluzione dei problemi per le modalità di guasto più comuni.

Cosa fanno i VPIS e i sensori capacitivi nei quadri MT

I sistemi di indicazione di presenza di tensione (VPIS) confermano visivamente che i circuiti sono sotto tensione o diseccitati. Svolgono tre funzioni critiche per la sicurezza:

Verifica del lockout/tagout - Prima che i lavoratori si avvicinino alle apparecchiature, il VPIS conferma che la tensione è stata rimossa.
Interruttore di messa a terra permissivo - Gli interblocchi impediscono la chiusura dell'interruttore di messa a terra a meno che il VPIS non indichi l'assenza di tensione.
Verifica trifase - Rileva le condizioni di monofase o di fusibile bruciato in cui una o due fasi rimangono sotto tensione.

Le prime implementazioni del VPIS utilizzavano trasformatori di tensione (VT) o trasformatori di potenziale (PT) collegati direttamente al circuito primario. Questi forniscono una misurazione accurata della tensione, ma richiedono un accurato coordinamento dell'isolamento, aggiungono costi e occupano spazio nei quadri elettrici compatti. I sensori capacitivi sono emersi come un'alternativa più semplice: piccoli dispositivi a forma di disco che si montano sulle terminazioni dei cavi, sulle camere delle sbarre o sulle superfici di isolamento epossidico, rilevando la presenza di tensione attraverso l'accoppiamento del campo elettrico.

I sensori capacitivi non misurano la grandezza della tensione, ma rilevano la presenza di campo al di sopra di una soglia (in genere 15-25% della tensione nominale). Un LED verde indica la presenza di tensione; l'assenza di illuminazione (o il LED rosso su alcuni modelli) indica l'assenza di tensione. I sistemi più sofisticati integrano tre sensori monofase con un'unità di visualizzazione centrale che mostra lo stato di ogni fase e le uscite di allarme per l'integrazione del circuito di controllo.

[NOTA DI SICUREZZA: i sensori capacitivi indicano la presenza di tensione ma NON provano che i circuiti siano sicuri al tatto; verificare sempre con un'apparecchiatura di prova adeguatamente dimensionata prima di intervenire su apparecchiature prive di tensione].

Le applicazioni degli interruttori in vuoto discusse in https://xbrele.com/what-is-vacuum-circuit-breaker-working-principle/ spesso incorporano il VPIS nelle terminazioni dei cavi e nelle camere delle sbarre per migliorare la sicurezza del personale durante le operazioni di manutenzione e commutazione.

Come funzionano i sensori capacitivi: Fondamenti di accoppiamento del campo elettrico

I sensori capacitivi funzionano secondo il principio che i conduttori eccitati creano campi elettrici che si estendono nello spazio circostante. Il sensore diventa una piastra di un condensatore, con il conduttore eccitato come altra piastra e l'aria/isolamento come dielettrico.

Principio di funzionamento fisico

Quando un cavo o una sbarra MT è sotto tensione a 12 kV, un campo elettrico CA si irradia verso l'esterno. Un elemento di rilevamento metallico posto vicino al conduttore si accoppia a questo campo in modo capacitivo. Anche se non esiste una connessione galvanica (elettrica diretta), scorre una piccola corrente di spostamento:

I = C × dV/dt

Dove:

• I = corrente di spostamento (in genere da nanoampere a microampere)
• C = capacità tra sensore e conduttore (tipicamente 0,1-10 pF)
• dV/dt = velocità di variazione della tensione (proporzionale alla frequenza e all'ampiezza)

Per un sistema a 50 Hz, 12 kV (fase-terra = ~7 kV RMS):

dV/dt = 2π × 50 × 7000 = 2,2 MV/s

Con una capacità di accoppiamento di 1 pF:

I = 1 pF × 2,2 MV/s = 2,2 μA

Questa corrente di spostamento a livello di microampere carica un piccolo condensatore interno nell'elettronica del sensore. Quando la carica accumulata supera una soglia, il LED del sensore si attiva, indicando la presenza di tensione. Se la tensione del circuito primario scende al di sotto di ~15-25% del valore nominale, la corrente di spostamento non è sufficiente a mantenere l'indicazione.

Costruzione del sensore

Un tipico sensore capacitivo contiene:

Elettrodo di rilevamento - Disco o piastra metallica posizionata in prossimità del conduttore primario
Modulo elettronico - Amplificatore, rilevatore di soglia e driver LED alimentati dal campo rilevato stesso o dall'energia raccolta dal campo elettrico
Indicatore LED - Verde (tensione presente) o rosso/nessuno (tensione assente)
Hardware di montaggio - Pad adesivo, montaggio a vite o clip a scatto a seconda dell'applicazione

I modelli avanzati aggiungono:

• Contatti ausiliari per circuiti di allarme o interblocco a distanza
• Doppio LED (verde + rosso) per un'indicazione positiva in entrambi gli stati
• Circuito di autodiagnosi che fa lampeggiare il LED per verificare la funzionalità del sensore
• Interfaccia di comunicazione (Modbus, Profibus) per l'integrazione SCADA

Selezione del sensore capacitivo giusto: Considerazioni sull'applicazione

La scelta del sensore capacitivo dipende dalla posizione di installazione, dal livello di tensione, dalle condizioni ambientali e dai requisiti di integrazione del sistema. Una scelta errata comporta un funzionamento inaffidabile o un guasto completo.

Tensione nominale e sensibilità

I sensori devono corrispondere alla classe di tensione del sistema:

Soglia di prelievo - Tensione alla quale il sensore indica in modo affidabile “tensione presente”.”
Soglia di abbandono - Tensione al di sotto della quale il sensore indica “tensione assente”.”

L'isteresi tra pickup e dropout impedisce lo sfarfallio del LED quando la tensione è vicina alla soglia. L'isteresi tipica è pari a 20-40% del valore del pickup.

Punto critico di selezione: I sensori progettati per sistemi a 12 kV possono non funzionare in modo affidabile su sistemi a 7,2 kV a causa dell'insufficiente intensità di campo. Al contrario, i sensori a 7,2 kV possono indicare “tensione presente” su sistemi a 12 kV anche quando l'accoppiamento capacitivo da fasi eccitate adiacenti crea campi parassiti, dando luogo a falsi positivi.

Posizione di installazione: Cavo o sbarra collettrice o parti in resina epossidica

Terminazioni dei cavi (le più comuni):

• I sensori si montano direttamente sullo schermo dell'isolamento del cavo o sul cono di sollecitazione
• La forte concentrazione del campo elettrico fornisce un segnale affidabile
• La continuità della schermatura deve essere mantenuta (il sensore non interrompe la messa a terra della schermatura)
• Le terminazioni dei cavi all'aperto richiedono custodie per sensori resistenti alle intemperie

Camere a sbarre:

• I sensori si montano sulle pareti della camera o direttamente sull'isolamento delle sbarre
• L'intensità del campo varia con la distanza dalla sbarra: il montaggio più ravvicinato migliora l'affidabilità
• Le pareti metalliche della camera possono schermare il posizionamento del sensore di campo.
• Le configurazioni trifase richiedono un'attenta identificazione delle fasi.

Boccole/parti isolate con resina epossidica:

• I sensori si montano sulla superficie epossidica vicino al conduttore interno
• L'uniformità di campo nell'epossidico garantisce un rilevamento stabile
• La superficie epossidica deve essere pulita (nessuna contaminazione che riduca l'accoppiamento in campo)
• Alcune parti in resina epossidica includono tasche per sensori stampate in fabbrica

[Nota applicativa: Posizionamento dei sensori per la massima affidabilità].

• Montate i sensori all'interno della zona di messa a terra equipotenziale, mai su metallo isolato che potrebbe fluttuare fino a raggiungere tensioni pericolose.
• Posizionare i sensori in modo che si accoppino solo al conduttore di fase previsto: evitare posizioni che rilevino più fasi contemporaneamente.
• Verificare che il LED del sensore sia visibile dalla normale posizione dell'operatore senza dover aprire il pannello.
• Nelle terminazioni dei cavi, montare i sensori sulla sezione diritta sotto il cono di sollecitazione, non sulla parte svasata.

Valutazioni ambientali: Interno vs. esterno vs. condizioni estreme

I sensori capacitivi devono resistere all'ambiente di installazione:

Le temperature estreme influiscono sull'affidabilità dell'elettronica e sulla durata della batteria (per i modelli alimentati a batteria). I sensori con temperature nominali di soli +40°C possono guastarsi prematuramente in quadri elettrici esterni sottoposti a riscaldamento solare diretto, con temperature interne che possono superare i +70°C.

Contatti ausiliari e integrazione degli allarmi

I sensori di base forniscono solo un'indicazione visiva locale. Le applicazioni che richiedono un monitoraggio remoto o interblocchi elettrici necessitano di sensori con contatti ausiliari:

Uscita relè SPDT:

• “Il contatto ”a" si chiude in presenza di tensione
• “Il contatto ”b" si chiude in assenza di tensione
• La portata dei contatti è in genere di 1-5 A a 250 Vc.a. o 30 Vc.c.

Usi comuni:

• Interblocco dell'interruttore di messa a terra (impedisce la chiusura dell'interruttore di messa a terra se un qualsiasi sensore rileva una tensione)
• Pannello di allarme della sala di controllo (segnala lo stato di presenza/assenza di tensione)
• Integrazione SCADA (stato dei sensori trasmesso al monitoraggio centrale)

I sensori con contatti richiedono un'alimentazione esterna (non possono essere autoalimentati dal solo campo elettrico). Il collegamento richiede un cablaggio aggiuntivo, in genere 3-4 fili per l'alimentazione e 2-3 fili per ogni contatto.

Pratiche di cablaggio corrette: Prevenzione delle false indicazioni

I sensori capacitivi sono dispositivi semplici, ma un cablaggio inadeguato è la causa della maggior parte dei guasti sul campo e delle false indicazioni. La maggior parte dei problemi è dovuta a errori di messa a terra, interferenze elettromagnetiche o errori di cablaggio dei contatti.

Messa a terra e schermatura

I sensori capacitivi devono essere collegati a terra al bus di terra del quadro per stabilire un potenziale di riferimento:

Pratica di messa a terra corretta:

• Collegare la custodia del sensore/staffa di montaggio al bus di terra tramite un cavo di terra dedicato (minimo 2,5 mm² / 14 AWG)
• Il collegamento a terra deve essere a bassa impedenza (<0,1 Ω).
• Per i sensori su terminazioni di cavo, assicurarsi che la continuità dello schermo del cavo sia mantenuta durante il montaggio del sensore.
• NON mettere a terra il sensore su superfici verniciate o attraverso le sole viti di montaggio: la vernice crea una connessione ad alta resistenza.

Schermatura del cavo (per i sensori con contatti ausiliari):

• Utilizzare un cavo schermato per il cablaggio tra il sensore e l'unità di visualizzazione/pannello di allarme.
• Schermatura collegata a terra solo all'estremità del sensore (per evitare loop di massa)
• Copertura minima dello schermo 80% (preferibilmente 90%+)
• Posare i cavi dei sensori separatamente dai cavi di alimentazione ad alta corrente per ridurre la captazione di EMI.

Configurazione del cablaggio dei contatti ausiliari

I sensori con uscite a relè richiedono un'attenzione particolare alla polarità del cablaggio dei contatti e alla configurazione:

Per il blocco dell'interruttore di messa a terra:

• Utilizzare il contatto “b” del sensore (chiuso in assenza di tensione)
• Contatto “b” in serie al circuito di chiusura dell'interruttore di messa a terra
• Se QUALSIASI dei tre sensori (fasi R, Y, B) rileva una tensione, il contatto “b” corrispondente si apre, bloccando la chiusura dell'interruttore di messa a terra.
• Prova simulando un guasto del sensore (scollegare l'alimentazione) - dovrebbe bloccare l'interruttore di messa a terra

Per l'indicazione dell'allarme:

• “Il contatto ”a“ (chiuso in presenza di tensione) aziona l'allarme ”tensione presente".
• “Il contatto ”b“ (chiuso in assenza di tensione) attiva l'allarme ”assenza di tensione".
• Il circuito di allarme deve segnalare una tensione inattesa (ad esempio, tensione presente quando l'interruttore è aperto).

Critico: Verificare che il tipo di contatto (NO o NC) corrisponda ai requisiti del circuito. Alcuni produttori etichettano i contatti usando la terminologia “in funzione” o “a riposo” invece di “a”/“b” - consultare la documentazione del produttore per evitare errori di cablaggio.

Requisiti di alimentazione (per sensori attivi)

I sensori autoalimentati raccolgono l'energia dal campo elettrico rilevato, senza bisogno di cablaggi esterni. I sensori alimentati a batteria e quelli alimentati esternamente richiedono un collegamento di alimentazione adeguato:

Alimentazione a batteria:

• Pila al litio interna (tipicamente CR2032 o simile)
• Durata della batteria di 5-10 anni in condizioni normali
• Indicazione di batteria scarica (LED lampeggiante o indicatore separato)
• La sostituzione della batteria richiede lo smontaggio del sensore: programmare durante le interruzioni della manutenzione.

Alimentazione esterna:

• Tensione di alimentazione tipicamente 24 VDC o 110 VDC dalla batteria della stazione/alimentazione di controllo
• Assorbimento di corrente 5-20 mA per sensore
• La polarità dell'alimentazione deve essere corretta (l'inversione di polarità può danneggiare l'elettronica).
• Si consiglia l'alimentazione con fusibile (un fusibile da 1 A protegge più sensori)

Cablaggio dell'alimentazione:

• Utilizzare un minimo di 1,0 mm² (18 AWG) per il cablaggio di alimentazione.
• Rispettare le indicazioni di polarità (rosso = +, nero = -)
• Per lunghe tratte di cavo (>50 m), aumentare le dimensioni del filo per compensare la caduta di tensione.
• Verificare la tensione di alimentazione ai terminali del sensore (dovrebbe essere entro ±10% della tensione nominale)

Cause comuni di false indicazioni e risoluzione dei problemi

I falsi positivi (che indicano la presenza di tensione quando il circuito è morto) e i falsi negativi (che non indicano la tensione quando il circuito è sotto tensione) minano la fiducia dell'operatore nel VPIS. La comprensione delle cause principali consente una risoluzione efficace dei problemi.

Falso positivo: Indicazione di tensione quando il circuito è disalimentato

Causa 1: Accoppiamento capacitivo dalla fase adiacente eccitata

• Nei sistemi trifase, i campi elettrici delle fasi eccitate possono accoppiarsi ai sensori delle fasi non eccitate.
• Particolarmente comune nei quadri elettrici compatti con spaziatura di fase ravvicinata
• Diagnosi: Togliere l'alimentazione a tutte e tre le fasi: la falsa indicazione dovrebbe scomparire.

Soluzione: Schermare il sensore dai campi di fase adiacenti utilizzando barriere metalliche collegate a terra, oppure riposizionare il sensore in una posizione con meno accoppiamenti trasversali. Alcune installazioni richiedono sensori selettivi di fase con elementi di rilevamento direzionali.

Causa 2: tensione indotta su un lungo cavo privo di tensione

• I cavi lunghi (>100 m) possono sviluppare tensioni indotte da cavi alimentati in parallelo.
• Tensione indotta sufficiente ad attivare la soglia di rilevamento del sensore (~2 kV)
• Diagnosi: Misurare la tensione con un voltmetro ad alta impedenza: in genere si osserva una tensione indotta di 1-5 kV.

Soluzione: Mettere a terra il cavo privo di tensione mediante una messa a terra temporanea prima di affidarsi all'indicazione VPIS. In alternativa, utilizzare sensori con una soglia di rilevamento più elevata o a doppia conferma (misurazione della tensione + rilevamento del campo).

Causa 3: guasto all'elettronica del sensore

• Il LED rimane acceso indipendentemente dallo stato del circuito
• La funzione di autotest (se disponibile) indica il guasto
• Diagnosi: Scollegare il sensore dalla sorgente di campo: il LED dovrebbe spegnersi.

Soluzione: Sostituire il sensore difettoso. Verificare la presenza di danni ambientali (ingresso di umidità, surriscaldamento) che potrebbero aver causato il guasto.

Falso negativo: Mancata indicazione di tensione quando il circuito è alimentato

Causa 1: Sensore posizionato troppo lontano dal conduttore

• L'intensità del campo elettrico diminuisce rapidamente con la distanza (legge dell'inverso del quadrato per le sorgenti puntiformi)
• Sensore oltre la portata effettiva (tipicamente >50 mm per i sistemi a 12 kV)
• Diagnosi: Riposizionare temporaneamente il sensore più vicino al conduttore: dovrebbe comparire un'indicazione.

Soluzione: Rimontare il sensore nella posizione corretta. Per le installazioni di retrofit in cui la posizione di montaggio è vincolata, prendere in considerazione un modello di sensore a sensibilità più elevata.

Causa 2: Schermatura con metallo a terra

• Le pareti della camera o le staffe di montaggio in metallo con messa a terra schermano il campo elettrico
• Il sensore non può accoppiarsi al campo conduttore
• Diagnosi: Rimuovere/riposizionare la schermatura metallica (se è possibile farlo in sicurezza) - dovrebbe comparire un'indicazione.

Soluzione: Spostare il sensore in una posizione al di fuori della zona schermata o installare un sensore montato su sbarra che bypassi la schermatura della camera.

Causa 3: Contaminazione sulla superficie epossidica

• Contaminazione conduttiva (polvere, umidità, tracce di carbonio) sulla superficie dell'isolamento epossidico
• La contaminazione fornisce un percorso alternativo per la corrente di spostamento, riducendo il segnale del sensore.
• Diagnosi: Pulire la superficie epossidica con alcool isopropilico: l'indicazione può ritornare.

Soluzione: Pulizia regolare delle superfici di montaggio del sensore. Per le installazioni all'esterno, verificare che il grado di protezione IP sia adeguato a prevenire l'ingresso di umidità.

Causa 4: Bassa tensione di sistema

• Tensione del sistema inferiore alla soglia di rilevamento del sensore (ad esempio, sensore da 7,2 kV su sistema da 3,6 kV)
• La regolazione del trasformatore ha ridotto la tensione al di sotto del livello previsto
• Diagnosi: Misurare la tensione effettiva del sistema: potrebbe essere significativamente inferiore al valore di targa.

Soluzione: Sostituire il sensore con un modello a tensione inferiore adatto alla tensione di esercizio effettiva.

Causa 5: esaurimento della batteria (sensori alimentati a batteria)

• Batteria interna esaurita (durata tipica 5-10 anni)
• L'avviso di batteria scarica potrebbe essere stato ignorato
• Diagnosi: Controllare la tensione della batteria (richiede lo smontaggio del sensore)

Soluzione: Sostituire la batteria o l'intero sensore se la batteria non è riparabile.

Migliori pratiche di installazione: Garantire l'affidabilità a lungo termine

Un'installazione corretta prolunga la durata del sensore e garantisce un funzionamento affidabile per anni:

Controlli pre-installazione

• Verificare che la tensione nominale del sensore corrisponda alla classe di tensione del sistema
• Confermare il grado di protezione ambientale (codice IP, intervallo di temperatura) adeguato al luogo di installazione.
• Verificare che il modello di sensore includa le caratteristiche richieste (contatti ausiliari, autotest, ecc.).
• Ispezionare le condizioni della superficie di montaggio: pulita, asciutta, priva di contaminazione.

Procedura di montaggio

1. Pulire la superficie di montaggio con alcool isopropilico (per l'isolamento epossidico/di cavi) o spazzola metallica (per le superfici metalliche).
2. Rimuovere la vernice o il rivestimento nel punto di montaggio per garantire la continuità elettrica per la messa a terra.
3. Applicare il sensore secondo le istruzioni del produttore:
   • Montaggio adesivo: Assicurare il contatto completo con la base del sensore, applicare la pressione per 30 secondi.
   • Montaggio a vite: Coppia di serraggio al valore specificato (in genere 2-4 Nm), non serrare eccessivamente.
   • Montaggio a clip: Verificare l'innesto positivo, la clip non deve essere rimovibile a mano.
4. Collegare il filo di terra (minimo 2,5 mm²) dall'alloggiamento del sensore al bus di terra del quadro elettrico.
5. Per i sensori con contatti ausiliari/alimentazione, collegare il cablaggio secondo lo schema del produttore (rispettare la polarità).

Verifica della messa in servizio

• Alimentare il circuito e verificare che il LED si accenda (verde per la presenza di tensione).
• Togliere l'alimentazione al circuito e verificare che il LED si spenga o diventi rosso (tensione assente).
• Se sono previsti contatti ausiliari, misurare lo stato dei contatti e verificarne il corretto funzionamento (NO chiude all'eccitazione, NC apre all'eccitazione).
• Azionare l'interruttore automatico per diversi cicli di apertura-chiusura: il sensore deve tracciare lo stato del circuito in modo affidabile.
• Simulare l'eccitazione della fase adiacente (se possibile) per verificare la presenza di falsi positivi dovuti all'accoppiamento incrociato.
• Verificare che il LED sia visibile dalla normale posizione di osservazione dell'operatore

Intervalli di manutenzione e test

I sensori capacitivi sono in gran parte esenti da manutenzione, ma richiedono una verifica periodica:

Ispezione annuale:

• Controllo visivo di eventuali danni fisici (lente incrinata, corrosione, allentamento del montaggio).
• Verificare che l'illuminazione del LED corrisponda allo stato effettivo del circuito.
• Controllare il funzionamento dei contatti ausiliari (se applicabile)

Test dettagliato di 5 anni:

• Pulire la superficie di montaggio del sensore e l'isolamento circostante
• Verificare la continuità del collegamento a terra (<0,1 Ω)
• Misurare la resistenza del contatto ausiliario (dovrebbe essere <50 mΩ quando è chiuso)
• Per le unità alimentate a batteria, controllare l'indicazione di batteria scarica e, se necessario, sostituirla.

Considerazione di sostituzione a 10 anni:

• Il degrado dei LED (riduzione della luminosità) può influire sulla visibilità diurna
• L'invecchiamento dell'elettronica può spostare la tensione di soglia
• Considerare la sostituzione in caso di interruzioni di manutenzione importanti, anche se il sensore è ancora funzionante.

Dopo gli eventi di guasto:

• Ispezione dei sensori sul circuito guasto e sui circuiti adiacenti
• Verificare che la corrente di guasto o la sovratensione transitoria non abbiano danneggiato l'elettronica del sensore.
• Test di funzionamento attraverso il ciclo di eccitazione e diseccitazione

Configurazioni VPIS avanzate: Sistemi trifase e integrazione SCADA

Le installazioni di base utilizzano sensori indipendenti per fase. I sistemi avanzati integrano tre sensori con logica centralizzata e monitoraggio remoto.

Unità di visualizzazione trifase

Le unità di visualizzazione centralizzate consolidano tre sensori monofase:

Caratteristiche:

• Matrice a tre LED che mostra lo stato di ogni fase (R-Y-B o A-B-C)
• Elaborazione logica: Allarme se le fasi non sono in accordo (una indica la tensione, le altre no)
• Uscita a contatto ausiliario singolo: “Tutte le fasi sono morte” per il blocco dell'interruttore di messa a terra.
• Ingressi di alimentazione ridondanti

Cablaggio:

• Ogni sensore si collega all'unità di visualizzazione tramite un cavo a 2-4 fili (alimentazione + segnale)
• Unità di visualizzazione montata sulla porta o sul pannello del quadro per la visibilità dell'operatore
• I contatti ausiliari sono collegati al controllo dell'interruttore di messa a terra, agli allarmi o allo SCADA.

Vantaggi rispetto ai sensori indipendenti:

• Un unico punto di riferimento per l'operatore
• Capacità diagnostica migliorata (rilevamento perdite monofase)
• Integrazione più semplice con i sistemi di protezione e controllo

Integrazione di SCADA e IED

I moderni quadri elettrici integrano il VPIS con dispositivi elettronici intelligenti (IED) e SCADA:

Protocolli di comunicazione:

• Modbus RTU/TCP (più comune)
• Profibus DP
• DNP3 (applicazioni di utilità)
• IEC 61850 (per sottostazioni con bus di processo)

Punti dati trasmessi:

• Stato di presenza di tensione per fase (binario: presente/assente)
• Stato di salute/autotest del sensore (binario: sano/guasto)
• Stato della batteria (per le unità alimentate a batteria)
• Registrazione degli eventi con data e ora (eventi di transizione di tensione)

Applicazioni:

• Conferma a distanza della diseccitazione del circuito prima del rilascio dei permessi di lavoro
• Generazione automatica di allarme in caso di tensione inattesa (rilevamento di sicurezza)
• Coordinamento con le sequenze di commutazione automatiche
• Trending dell'affidabilità a lungo termine (previsione dei guasti dei sensori)

Scelta del fornitore di sensori capacitivi

La qualità dei sensori varia in modo significativo tra i vari produttori. Quando si valutano i fornitori:

Verificare la certificazione di prova del tipo: I sensori devono essere dotati di rapporti di prova indipendenti che confermino la soglia di tensione, le prestazioni in termini di temperatura e l'immunità EMC secondo la norma IEC 61243-5 (dispositivi di rilevamento della tensione di esercizio).

Verificare l'esperienza applicativa: Il fornitore ha fornito sensori per applicazioni simili (stessa classe di tensione, ambiente, tipo di montaggio)?

Valutare il supporto tecnico: Il fornitore può fornire assistenza per l'ottimizzazione del posizionamento dei sensori e per la risoluzione dei problemi di falsa indicazione?

Valutare la disponibilità dei ricambi: I sensori possono rimanere in servizio per oltre 20 anni: assicurarsi che siano disponibili unità e batterie di ricambio.

Esaminare i termini della garanzia: Garanzia standard minima di 2 anni; alcuni produttori offrono 5 anni per i modelli premium.

XBRELE fornisce sensori di tensione capacitivi progettati per un funzionamento affidabile in applicazioni con quadri MT da 3,6 kV a 40,5 kV. I nostri sensori sono dotati di doppia indicazione a LED (verde + rosso), funzionalità di autotest e contatti ausiliari per l'integrazione di interblocchi. La documentazione completa per l'installazione, il supporto alla messa in servizio e la disponibilità di parti di ricambio garantiscono l'affidabilità del sistema a lungo termine. Esplorate la nostra gamma completa di componenti e accessori per quadri elettrici su https://xbrele.com/vacuum-circuit-breaker-manufacturer/.

Punti chiave

• I sensori capacitivi rilevano la presenza di tensione attraverso l'accoppiamento del campo elettrico, senza collegamento galvanico ai circuiti primari.
• La scelta del sensore deve corrispondere alla tensione del sistema, alla posizione di installazione (cavo o sbarra) e alle condizioni ambientali.
• Una messa a terra e una schermatura adeguate prevengono le false indicazioni causate dall'accoppiamento interfase e dalle EMI.
• I falsi positivi derivano spesso dall'accoppiamento di fase adiacente o dalla tensione indotta; i falsi negativi da errori di posizionamento o di schermatura.
• Ispezioni e test regolari garantiscono l'affidabilità a lungo termine, mentre la sostituzione della batteria è richiesta ogni 5-10 anni per le unità alimentate a batteria.
• I sistemi trifase avanzati con integrazione SCADA aumentano la sicurezza e consentono il monitoraggio a distanza

Domande frequenti

Q1: I sensori capacitivi richiedono un collegamento fisico al conduttore ad alta tensione?
R: No. I sensori capacitivi funzionano attraverso l'accoppiamento del campo elettrico e non richiedono una connessione galvanica (elettrica diretta) al conduttore MT. Si montano esternamente sull'isolamento dei cavi, sulle camere delle sbarre o sulle superfici epossidiche, rilevando il campo elettrico irradiato dai conduttori sotto tensione.

D2: I sensori capacitivi possono misurare il valore effettivo della tensione?
R: No. I sensori capacitivi rilevano solo la presenza/assenza di tensione, non la grandezza. Indicano se la tensione supera una soglia (in genere 15-25% della tensione nominale) ma non forniscono letture numeriche della tensione. Per la misurazione della tensione, utilizzare trasformatori di tensione o trasduttori elettronici di tensione.

D3: Cosa fa sì che i sensori capacitivi indichino la presenza di tensione quando il circuito è effettivamente diseccitato?
R: Le cause più comuni sono l'accoppiamento capacitivo da fasi eccitate adiacenti, la tensione indotta su lunghi cavi non eccitati che corrono paralleli a cavi eccitati e il guasto dell'elettronica del sensore. Per la risoluzione dei problemi occorre verificare che tutte le fasi siano diseccitate, controllare la tensione indotta con un voltmetro ad alta impedenza e testare il funzionamento del sensore.

D4: Quanto durano i sensori capacitivi a batteria prima della loro sostituzione?
R: La durata delle batterie varia in genere da 5 a 10 anni, a seconda del modello di sensore, della temperatura ambiente e della frequenza di attivazione dei LED. La maggior parte dei sensori a batteria fornisce un avviso di batteria scarica (LED lampeggiante) 6-12 mesi prima del completo esaurimento della batteria.

D5: Posso installare un sensore da 12 kV su un sistema da 24 kV?
R: No. I sensori devono essere dimensionati per la classe di tensione del sistema. L'installazione di un sensore a bassa tensione su un sistema a tensione più elevata rischia di danneggiare il sensore e di renderne inaffidabile il funzionamento. L'intensità del campo elettrico a tensioni più elevate può saturare l'elettronica del sensore o superare i valori nominali dei componenti.

D6: Perché il mio sensore funziona in modo affidabile in inverno ma non segnala in estate?
R: La temperatura influisce sull'elettronica del sensore e sulle prestazioni della batteria. Se il sensore ha una temperatura nominale di soli +40°C, ma in estate raggiunge i +70°C (a causa del riscaldamento solare o della vicinanza a trasformatori), l'elettronica potrebbe non funzionare correttamente o la tensione della batteria potrebbe scendere al di sotto della soglia operativa. Verificare che la temperatura nominale del sensore superi di almeno 10°C la temperatura ambiente massima prevista.

D7: Quanto deve essere vicino al conduttore un sensore capacitivo per un funzionamento affidabile?
R: La distanza di rilevamento effettiva dipende dal livello di tensione e dalla struttura del sensore. Intervalli tipici: I sistemi da 3,6-12 kV richiedono un sensore entro 50 mm dal conduttore; i sistemi da 24-36 kV possono funzionare in modo affidabile fino a 100 mm di distanza. Consultare le specifiche del produttore per i modelli specifici. L'intensità del campo diminuisce rapidamente con la distanza: il raddoppio della distanza riduce l'intensità del segnale di 75% o più.

Ulteriori letture

• Spiegazione del principio di funzionamento del VCB - Considerazioni sul campo elettrico nella progettazione di interruttori a vuoto
• Produttore di interruttori automatici sottovuoto XBRELE - Componenti e accessori per quadri elettrici completi