normativa sovratensioni

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LA PROTEZIONE CONTRO LE SOVRATENSIONI NEGLI IMPIANTI FERROVIARI
DI SEGNALAMENTO E TELECOMUNICAZIONE
Introduzione
La protezione contro le sovratensioni, rientra tra le prescrizioni per la sicurezza e deve
essere coordinata con le altre misure di protezione secondo l’utilizzazione e tenendo presenti
le varie condizioni di influenze esterne.
I livelli di isolamento e di immunità prescritti dalle norme e specifiche tecniche per le
apparecchiature degli impianti ferroviari di segnalamento e telecomunicazione (denominati
nel seguito impianti IS e TLC) sono riferiti alla propria tensione di alimentazione e, in zona di
rispetto, a quella del sistema elettrico della trazione. Tali livelli non sono sufficienti ad
assicurare anche la protezione contro le sovratensioni dovute a fulminazioni.
Non potendo aumentare all’infinito il livello di isolamento e di immunità delle
apparecchiature sono state adottate misure addizionali per la protezione contro le
sovratensioni, partendo dalle seguenti semplici considerazioni.
1.
L’alimentazione è effettuata con centraline dedicate e/o con separazione elettrica,
pertanto gli impianti IS e TLC non sono soggetti a sovratensioni provenienti dalla rete.
2.
E’ remota la probabilità di una fulminazione diretta degli impianti IS e TLC lungo
linea, per la presenza delle rotaie e delle strutture della linea area di contatto del sistema
di alimentazione della trazione elettrica che si comportano come un vero e proprio
impianto di protezione contro i fulmini.
NO a sovratensioni provenienti da rete
NO a fulminazioni dirette
in A
in B
Protezione mediante
separazione elettrica
e/o doppio isolamento
Protezione mediante doppio isolamento
e, in zona di rispetto TE,
isolamento adeguato
alla tensione nominale
della linea di contatto
B
A
togliere i collegamenti di terra
d.d.p.
tra
AeB
SI
a differenze di potenziale (d.d.p.) tra gli impianti di terra
SLIDE 1: Sovratensioni negli impianti IS e TLC e principali misure
misure di protezione
1
3. Le sovratensioni riscontrabili sugli impianti IS e TLC sono legate alle forti correnti
circolanti negli impianti di terra e nel terreno ad essi circostante, dovute a guasti a terra
dei sistemi di alimentazione ad alta tensione (compreso il sistema elettrico della
trazione) ed a fulminazioni (generalmente di strutture della trazione elettrica o vicine
linee ad alta tensione). Tra gli impianti di terra, a cui fanno riferimento i diversi
componenti dell'impianto IS o TLC, si possono avere pertanto notevoli differenze di
potenziale (d.d.p.).
Specifiche tecniche e circolari sulla protezione contro le sovratensioni
Dato che le sovratensioni provengono da terra si stanno adottando per la protezione
contro le sovratensioni, almeno per gli impianti di segnalamento e telecomunicazione
essenziali alla regolarità dell'esercizio ferroviario, tutti quegli accorgimenti circuitali e
costruttivi, previsti dalle Norme CEI, che ci permettono di non collegarli ad un impianto di
terra.
"Provvedimenti di protezione concernenti la sicurezza elettrica e la messa a
terra negli impianti di categoria 0 (zero) e I (prima) su linee di trazione
elettrica a corrente continua a 3000 V e linee ferroviarie non elettrificate"
Documento base: IS 728/99:
RFI/TC.SS/009/523 del 11/12/02
impianto di terra
del posto tecnologico
UTENZE
ESSENZIALI
SEPARAZIONE
ALIMENTAZIONE
SIAP
DISTRIBUZIONE
RFI/DTCA001/P/2006/0001157
del 04/05/2006
"Protezione contro le sovratensioni dell'alimentazione
degli impianti di sicurezza e segnalamento"
"Sistemi di Alimentazione e Protezione degli impianti di
Segnalamento e Telecomunicazione delle linee AV/AC"
LOGICA
APPARATO
ENTI
di
CAMPAGNA
e di
LINEA
collegamenti equipotenziali
non connessi all'impianto di terra
IS-TLC 017 del 03/06/05
(Appendice n. 1 alla Specifica IS 728)
RFI/TC.SS.TB/009/318
del 03/10/2006
“Modalità
di
realizzazione
dei
collegamenti tra i vari componenti degli
impianti di copertura radio delle gallerie
ferroviarie”
“Protezione contro le sovratensioni dei
sistemi di Controllo e di Distanziamento
dei treni"
“Disposizioni integrative per la protezione contro le sovratensioni di apparati e impianti”
RFI-DTC-DNS\A0011\P\2007\0000715 del 22/11/2007
SLIDE 2: Specifiche tecniche e circolari sulla protezione contro le sovratensioni
[1]
Specifica Tecnica IS 728 del 01/06/99
"Provvedimenti di protezione concernenti la sicurezza elettrica e la messa a terra negli
impianti di categoria 0 (zero) e I (prima) su linee di trazione elettrica a corrente
continua a 3000 V e linee ferroviarie non elettrificate"
La specifica IS 728 dà disposizioni per una corretta messa a terra, sia nel rispetto della
Norma CEI EN 50122-1 (CEI 9-6), sia per creare le migliori condizioni impiantistiche per la
protezione contro le sovratensioni, limitando per quanto è possibile l’entità dei potenziali di
2
terra (miglioramento degli impianti di terra) e riducendo le differenze di potenziale fra masse
e componenti dello stesso impianto (equipotenzialità degli impianti di terra e delle masse),
dovute soprattutto a fulminazioni.
L'articolo 1.3.05 della specifica richiama la necessità di adottare adeguate misure (unico
impianto di terra, misure di protezione che non richiedono la messa a terra, ecc.) per evitare
che componenti degli impianti o delle apparecchiature, in particolare IS e TLC, abbiano
riferimenti ad impianti di terra che possono assumere potenziali diversi. Vieta espressamente
l’utilizzo di scaricatori tra parti attive e terra: l’intervento di tali dispositivi riduce fortemente
l’impedenza verso terra degli apparecchi favorendo così una circolazione di corrente di
fulmine o di guasto a terra dei sistemi ad alta tensione (compreso il sistema di alimentazione
della trazione) che può essere causa di danno agli apparecchi stessi e/o alle persone.
Per gli impianti di categoria I (prima) la specifica richiama l’applicazione dell’art.
6.2.4.3.1 della Norma CEI 9-6: “La rete ferroviaria deve essere separata, con un trasformatore
ad avvolgimenti separati, dal sistema di alimentazione pubblica”.
Specifica Tecnica IS 728
del 01/06/99
"Provvedimenti di protezione concernenti la sicurezza
elettrica e la messa a terra negli impianti di categoria
0 (zero) e I (prima) su linee di trazione a continua a 3000 V
e linee ferroviarie non elettrificate"
* Separazione elettrica dalla rete pubblica
* Evitare riferimenti a potenziali diversi
"Devono essere adottate adeguate misure (unico
impianto di terra, metodi di protezione che
che non richiedono la messa a terra, ecc.)
per evitare che componenti degli impianti
o delle apparecchiature, in particolare IS e TLC,
abbiano riferimenti ad impianti di terra che
possono assumere potenziali diversi." (Art. 1.3.05)
SLIDE 3: IS 728
In applicazione della IS 728 è stata emessa successivamente la circolare:
[2]
Circolare RFI/TC.SS/009/523 del 11/12/02
"Protezione contro le sovratensioni dell'alimentazione degli impianti di sicurezza e
segnalamento"
Il sistema di alimentazione costituisce l’interfaccia tra la rete di distribuzione e le utenze
essenziali all'esercizio ferroviario, principalmente con le seguenti funzioni:

assicurarne l’alimentazione in caso di mancanza della tensione di rete;
3



proteggerli dalle microinterruzioni e dai buchi di rete;
proteggerli dalle sovratensioni provenienti dalla rete;
alimentarli con tensioni di qualità (ampiezza e frequenza costanti, bassa distorsione
armonica, ecc.).
Una particolare cura è stata svolta nella ricerca, oltre che della qualità dei componenti
utilizzati, di configurazioni del sistema che assicurano l’alimentazione degli impianti in
condizioni critiche di esercizio e tenendo presente la crescente diffusione di impianti
tecnologicamente avanzati (SCC, SCMT, ACC, ecc.) su tutta la rete ferroviaria.
Si è cercato di traguardare la massima disponibilità dell’alimentazione: il guasto di un
componente non deve in nessun caso portare ad un “fermo macchina” dell’intero sistema di
alimentazione.
Al fine di non inficiare la protezione contro le sovratensioni del sistema di
alimentazione la circolare prescrive, in particolare, la separazione elettrica delle utenze.
Successivamente, tale prescrizione è stata estesa alle linee AV/AC.
[3]
Circolare RFI/DTCA001/P/2006/0001157 del 04/05/2006
"Sistemi di Alimentazione e Protezione degli impianti di Segnalamento e
Telecomunicazione delle linee AV/AC"
barra rete / GE
400 V trifase + N
Ramo c.a. n. 1
Ramo c.a. n. 2
RFI/TC.SS/009/523
del 11/12/02
Ramo c.a. n. 3
Protezione contro le sovratensioni
dell'alimentazione degli impianti di
sicurezza e segnalamento
Id
utenze
locali
quadro utenze
privilegiate
Ramo c.c.
RFI/DTCA001/P/2006/
0001157 del 04/05/2006
Sistemi di Alimentazione e Protezione
degli impianti di Segnalamento e
Telecomunicazione delle linee AV/AC
Id
by-pass
sistema
144 Vcc
400 V trifase + N
barra di continuità
antincendio
condizionamento
quadro
B.A.
quadro di trasformazione
e distribuzione
tramite
trasformatori
a specifica
IS 365
impianti
controllo
Id
48 Vcc
24 Vcc
150 Vca
80 Vca
CABINA
CAMPAGNA
linea
distribuzione
B.A.
Separazione
delle utenze
alimentazione
controllo
manovra
enti piazzale
c.d.b.
segnali
RTB
ATN
SCC
CTC, ecc.
P.L.
deviatoi
scaldiglie
SLIDE 4: Sistema di Alimentazione e Protezione (SIAP)
L’alimentazione di qualsiasi utenza dalla barra di continuità o dalla barra rete/GE è fatta
tramite separazione elettrica, con un trasformatore ad avvolgimenti separati, in modo da:
-
“portare” l’isolamento delle utenze allo stesso livello di quello richiesto per il sistema di
alimentazione;
separare elettricamente le diverse utenze, in modo da circoscrivere guasti o
funzionamenti anomali all'utenza guasta;
4
-
e, per le utenze essenziali alla circolazione ferroviaria, realizzare la protezione mediante
separazione elettrica dell'utenza alimentata.
[4]
Circolare RFI/TC.SS.TB/009/318 del 03/10/2006
"Protezione contro le sovratensioni dei sistemi di Controllo e di Distanziamento dei
treni"
Per quanto detto nell'introduzione, i Sistemi di Controllo e di Distanziamento dei treni,
nel seguito denominati “sistemi IS”, sono alimentati con centraline dedicate e, pertanto, non
sono soggetti a sovratensioni provenienti dalla rete di distribuzione. E’ remota la probabilità
di una loro fulminazione diretta per la presenza delle rotaie e delle strutture della linea area di
contatto. Di conseguenza, le sovratensioni riscontrabili sui sistemi IS sono in genere legate
alle forti correnti circolanti negli impianti di terra.
Pertanto, le misure che realizzano le migliori condizioni per la protezione dei sistemi IS
contro le sovratensioni si basano essenzialmente sui seguenti punti:
a)
Separazione elettrica dei componenti del sistema IS dalla rete pubblica e fra loro, al
fine di evitare che abbiano riferimenti ad impianti di terra che possono assumere
potenziali diversi.
b)
Isolamento da terra. La protezione, ai fini della sicurezza elettrica, mediante
separazione elettrica e/o componenti di classe II, con l’isolamento da terra anche delle
masse, permette di aumentare in maniera considerevole le caratteristiche d’isolamento
delle apparecchiature, contribuendo inoltre a “rompere” le diverse spire di terra
(percorsi interessanti gli impianti di terra con richiusura sulle apparecchiature connesse)
che si possono avere tra i vari componenti.
c)
Non impiego di scaricatori verso terra su tutte le parti attive costituenti i sistemi IS.
collettore di terra
Barra di continuità
Quadro
trasformazione
distribuzione
Protezione
mediante
separazione
elettrica
e/o
doppio
isolamento
Apparato
di Sicurezza
*
*
Apparecchiatura
di cabina
Locale centralina
CABINA
*Interfacciamenti
* *
Apparecchiatura
di linea
CAMPAGNA
Linea di
trasmissione
Periferica
remota
binario
Dispositivo
di campagna
SLIDE 5: Sistemi di Controllo e Distanziamento dei treni
5
tramite
separazione
elettrica
Vietato l’uso
di scaricatori
nei sistemi
[5]
Specifica Tecnica IS-TLC 017 del 03/06/05 (Appendice n. 1 alla specifica IS 728).
“Modalità di realizzazione dei collegamenti tra i vari componenti degli impianti di
copertura radio delle gallerie ferroviarie”
A titolo di esempio di piena applicazione della specifica tecnica IS 728 si riportano le
misure contro le sovratensioni adottate negli impianti di radio propagazione per le gallerie
ferroviarie, tutte tendenti naturalmente ad eliminare qualsiasi riferimento a terra.
1)
In arrivo della linea di distribuzione, un trasformatore di isolamento realizza la
prescritta separazione elettrica dalla rete (dato che tali impianti non sono alimentati
generalmente da centraline dedicate lato rete). L'armadio contenitore in materiale
isolante evita la messa a terra del trasformatore anche se è di classe I: l’isolamento
supplementare del contenitore realizza la protezione mediante doppio isolamento.
2)
L'area shelter (in rosso) corrisponde al sistema di protezione mediante collegamento
equipotenziale locale non connesso a terra.
3)
Ogni uscita verso l'esterno (in blu) è realizzata per separazione elettrica e/o doppio
isolamento:
trasformatore in doppio isolamento sulla linea di alimentazione
dell'apparecchiature in galleria;
fibre ottiche;
traslatori sulla coppia telefonica;
dispositivo disaccoppiatore sia verso il cavo radiante che verso l'antenna.
4)
In galleria:
isolamento del cavo radiante/disaccoppiatore (> 6 kV in ambiente c.c.; > 40 kV in
ambiente c.a.), adeguato alla tensione della linea di contatto;
doppio isolamento dei trasformatori di alimentazione delle apparecchiature.
GALLERIA
linea di contatto
3 kV cc
circuito di protezione TE
armadio trasformatore
fascio di fibre ottiche
RETE
MEDIA TENSIONE
cavo radiante
coppia telefonica
fascio di fibre ottiche
terra di protezione TE
terra RETE
collegamento
equipotenziale SHELTER
quadro di distribuzione
L1
L2
L3
N
convertitore
elettroottico
modem
banda base
altre utenze
230 Vca
disaccoppiatore
RF attivo
disaccoppiatore
RF passivo
batteria
Id
linea di alimentazione
kWh
Sistema TT (punto di consegna)
terra palo metallico
AREA SHELTER
giunto
prese
a parete
condizionatore
stazione energia
apparato radio
SLIDE 6: Impianto di radiopropagazione per gallerie ferroviarie
6
[6]
Circolare RFI-DTC-DNS\A0011\P\2007\0000715 del 22/11/2007
"Disposizioni integrative per la protezione contro le sovratensioni di apparati e
impianti"
La differenza sostanziale tra queste disposizioni e quelle della circolare sulla
"Protezione contro le sovratensioni dei sistemi di Controllo e di Distanziamento dei treni"
consiste nella possibilità di applicare la separazione elettrica e la misura di protezione
mediante separazione elettrica in modo cumulativo alle apparecchiature delle utenze essenziali
dello stesso settore o, nei piccoli impianti o in quelli già realizzati, all'intero apparato. La
circolare estende inoltre la IS 728 alle linee AC/AV.
Applicazione
della misura di
protezione mediante separazione
elettrica in modo cumulativo alle
apparecchiature delle utenze
essenziali dello stesso settore o, nei
piccoli impianti o in quelli già
realizzati, all’intero apparato.
Estensione della IS 728 alle linee
AC/AV.
SLIDE 7: Protezione contro le sovratensioni degli apparati
E, per concludere, è necessaria la formazione di persone elettricamente addestrate
(personale RFI e Ditte).
E’ necessaria la
FORMAZIONE
DI
PERSONE ELETTRICAMENTE
ADDESTRATE
(personale RFI e Ditte)
SLIDE 8: Formazione
Roma, 22 novembre 2007
Appunti di Elia Tartaglia - Direzione Tecnica
7
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