DALLE AZIENDE
La Norma CEI EN 60947-2, Allegato M, ha imposto regole
più severe per i costruttori di relè differenziali a toro
separato, a vantaggio della qualità della protezione e,
quindi, della sicurezza dell’utente
DISPOSITIVI DIFFERENZIALI
A TORO SEPARATO
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di Luigi Signorelli
A
seguito dell’evoluzione degli impianti elettrici, la protezione differenziale oggi si
trova a svolgere un ruolo particolarmente critico. Infatti, deve conciliare la sicurezza
delle persone e dei beni con la continuità di servizio necessaria alla produttività del sistema industriale. Ciò si ottiene coordinando in selettività le protezioni differenziali ed utilizzando dispositivi di protezione a corrente differenziale
con elevati livelli di immunità alle perturbazioni presenti sulla rete.
■ RIFERIMENTI NORMATIVI
Norma impianti CEI 64-8
La Norma impianti identifica le situazioni in cui
è richiesta la protezione differenziale e ne raccomanda il coordinamento selettivo, al fine della continuità di servizio. Il progettista può prescrivere nel documento di progetto il coordinamento selettivo, se ritiene che la mancanza di alimentazione possa ridurre il livello di sicurezza
dell’impianto.
Norma CEI EN 60947-2, edizione 7
ELETTRIFICAZIONE
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Pubblicata nel novembre 2004, ha come principale novità l’Allegato M relativo ai dispositivi
differenziali separati non integrati con l’apparecchio d’interruzione (relè tipo Vigirex), di seguito
denominati MRCD (Modular Residual Current
Device). L’Allegato M è complementare a quanto già prescritto nell’Allegato B, riguardante gli
interruttori con protezione differenziale incorporata (blocco Vigi per interruttori in ambiti industriali). Prima della pubblicazione dell’Allegato
M, in assenza di una Norma specifica per questi
prodotti, i costruttori facevano riferimento alla
Norma dei relè elettronici CEI EN 60255 oppure
al Rapporto Tecnico IEC 60755.
■ NOVITÀ INTRODOTTE DALLA NORMA
CEI EN 60947-2, ALLEGATO M
L’Allegato M prescrive le caratteristiche cui devono rispondere i relè differenziali industriali
MRCD. Questa Norma oggi obbliga i costruttori di MRCD ad eseguire una serie di prove sui
prodotti e, conseguentemente, dichiarare, nella
documentazione, alcuni dati relativi all’insieme
toroide/relè differenziale/dispositivo d’interruzione:
❚ caratteristiche d’intervento e di non intervento (tempo/corrente);
❚ soglia di non funzionamento del relè;
❚ campo di funzionamento dell’alimentazione
ausiliaria;
❚ corrente di non intervento in condizioni di
sovraccarico;
❚ tenuta alle correnti di cortocircuito e di guasto verso terra;
❚ immunità alle perturbazioni di rete (correnti
transitorie, compatibilità elettromagnetica,
ecc.).
Caratteristiche d’intervento
e di non intervento (tempo/corrente)
Una delle novità più evidenti della Norma CEI
EN 60947-2 e relativi Allegati, è l’identificazione da parte del costruttore della caratteristica
d’intervento del dispositivo differenziale sulla
base dei seguenti tempi:
❚ tempo limite di non intervento (Allegato M):
tempo massimo durante il quale si può applicare al MRCD un valore di corrente differenziale superiore al valore di corrente differenziale di non intervento, senza provocarne il
funzionamento;
❚ tempi d’intervento del MRCD (Allegato M):
tempo che intercorre tra l’istante in cui la corrente differenziale d’intervento è applicata istantaneamente e l’istante in cui l’uscita del
MRCD cambia di stato;
❚ tempo totale d’intervento dell’associazione
MRCD/dispositivo d’interruzione, definito
tempo combinato o cumulativo (Allegato B):
tempo che intercorre tra l’istante in cui la corrente differenziale d’intervento è applicata i-
funzionamento diversa se maggiore al valore
previsto dalla Norma.
Soglia di non funzionamento del relè
Campo di funzionamento
dell’alimentazione ausiliaria
La Norma CEI EN 60947-2 definisce che il valore minimo della corrente assegnata differenziale
di non funzionamento è pari 0,5 Idn. In base alla
stessa Norma, il funzionamento del relè può avvenire nell’intervallo compreso tra 0,5 Idn (corrente di non intervento) e Idn (corrente d’intervento), mentre per correnti pari o superiori a Idn,
la protezione sicuramente interverrà (figura 2).
Il costruttore può indicare una corrente di non
Il dispositivo MRCD deve funzionare in un campo di alimentazione ausiliaria dall’85% al 110%
della tensione di alimentazione nominale.
La Norma impianti CEI 64-8 ammette l’impiego
di relè differenziali con sorgente di alimentazione ausiliaria diversa dalla rete protetta in impianti eserciti, provati e ispezionati da personale addestrato e, quindi, in ambito industriale e
similare.
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Q Figura 2:
Esempio
di curve
d’intervento
dei relè Vigirex
istantanei
e temporizzati.
Note:
a) il tempo
combinato
rappresentato
dalla curva 3
è sempre
inferiore
al massimo
tempo
d’interruzione
previsto
dalla Norma;
b) i tempi
riportati sulla
documentazione
dei relè Vigirex
si riferiscono
alla loro
associazione
con interruttori
con corrente
nominale fino
a 630 A
ad intervento
istantaneo
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ELETTRIFICAZIONE
stantaneamente e l’istante in cui l’arco è estinto dal dispositivo d’interruzione della corrente associato (figura 1).
DALLE AZIENDE
H Figura 1:
Tempo di
funzionamento
combinato (relè
+ toroide +
dispositivo
d’interruzione)
DALLE AZIENDE
Corrente di non intervento in condizioni
di sovraccarico
R Figura 3
L’Allegato M richiede che sul toroide e sulla documentazione venga indicata la sua corrente nominale d’impiego In (figura 3). La Norma CEI EN
60947-2 prevede una prova di non intervento in
presenza di un sovraccarico temporaneo corrispondente ad una corrente pari a 6 volte la corrente nominale del toroide per un tempo di 2 s.
Tenuta alle correnti di cortocircuito
e di guasto verso terra
L’insieme costituito dal fascio dei conduttori attivi, dal toro e dal relè deve essere in grado di
sopportare le sollecitazioni dovute alle correnti
di cortocircuito e di guasto verso terra.
In sostanza, le correnti di guasti indotte sul secondario del TA toroidale non devono danneggiare il relè di protezione e il sistema di centraggio e di fissaggio del fascio di cavi all’interno del
toro deve sopportare le sollecitazioni meccaniche dovute alle correnti di cortocircuito.
Per tale motivo, la Norma prescrive che il costruttore indichi sulla documentazione i valori
massimi di corrente di cortocircuito e di guasto
verso terra sopportate dai componenti del dispositivo differenziale.
Tali limiti possono essere rispettati sfruttando l’effetto di limitazione dell’interruttore a monte del
dispositivo differenziale (corrente condizionata).
L’insieme costituito da toroide e relè risulta protetto da interruttori con corrente nominale
< 630 A fino ad una corrente di cortocircuito di
150 kA. In presenza d’interruttori con corrente
nominale > 630 A, la tenuta del dispositivo e verificata fino ad una corrente di cortocircuito di
100 kA per 0,5 s e fino ad una corrente di guasto verso terra di 85 kA/0,5 s (figura 4).
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Immunità alle perturbazioni di rete
H Figura 4: Tenuta alle correnti di guasto
Icw = corrente nominale di breve durata ammissibile;
Idc = corrente condizionata di cortocircuito differenziale.
La Norma si preoccupa di verificare la resistenza agli interventi intempestivi in presenza di fenomeni transitori.
Immunità alle armoniche
Alcuni utilizzatori, ad esempio variatori di velocità o più in generale, convertitori statici, provocano correnti naturali verso terra con contenuto armonico significativo ed a largo spettro.
Questo fenomeno può provocare l’intervento
della protezione differenziale, anche se le correnti multiple della fondamentale non sono pericolose. Infatti, la sensibilità del corpo umano
alle correnti diminuisce con l’aumentare della
frequenza (figura 5).
ELETTRIFICAZIONE
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Immunità alle correnti verso
terra transitorie e funzionali
H Figura 5: Comportamento della protezione al variare
della frequenza
della corrente verso terra.
1) Curva della soglia di fibrillazione (IEC 60479);
2) Spettro delle armoniche
Tutta la gamma dei relè differenziali Vigirex prevede una corrente di non intervento pari a 0,8
Idn, che consente di ridurre la sensibilità alle
correnti (figure 6 e 7):
❚ di dispersione funzionale durante i transitori
DALLE AZIENDE
(messa in tensione di una linea elettrica, avviamento di un motore, ecc.);
❚ di dispersione funzionali a regime (ad esempio, apparecchi elettrici ed elettronici con filtri collegati a terra, linee elettrico con isolamento ridotto o non simmetrico, ecc.).
Inoltre, permette di migliorare il coordinamento
selettivo tra dispositivi differenziali. Il tutto corrisponde ad un guadagno di immunità agli sganci
intempestivi del 60%. Ad esempio, in presenza di
sei personal computer, con corrente di dispersione funzionale di 3,5 mA, ciascuno pari a 24 mA
complessivi, si può utilizzare una protezione differenziale con soglia di intervento di 30 mA e
corrente di non funzionamento di 24 mA.
H Figura 6: Apparecchio con filtri capacitivi collegati a terra
Compatibilità elettromagnetica EMC
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La Norma CEI EN 60947-2 prevede prove di verifiche della compatibilità elettromagnetica relative a:
immunità alle scariche elettrostatiche:
immunità campi EM irradiati;
immunità ad impulso:
immunità disturbi condotti/indotti campi EM.
In presenza di ambienti con disturbi elettromagnetici superiori a quelli previsti dalla Norma e
per garantire le caratteristiche nominali di funzionamento del relè, si consiglia di applicare
criteri d’installazione idonei.
■ INSTALLAZIONE DEI RELÈ
DIFFERENZIALI A TOROIDE SEPARATO:
PROBLEMATICHE E SOLUZIONI
Il buon funzionamento del dispositivo differenziale dipende anche dalla corretta scelta e installazione dei suoi componenti.
Per tale motivo si deve porre particolare attenzione a tipo e installazione del toroide, come
di seguito indicato:
❚ centrare i conduttori rispetto al toro;
❚ installare il toro in un tratto rettilineo della
conduttura, ad una distanza dalla curvatura
almeno uguale al diametro del toro;
❚ verificare che la corrente d’impiego In del toro sia superiore alla corrente d’impiego Ib
della conduttura.
H Figura 7: - Linee elettriche monofasi e trifasi con livello d’isolamento
ridotto o non simmetrico;
- Componenti elettrici in ambienti umidi;
- Avviamento di motore asincrono, messa in tensione di linee in cavo,
inserzione di trasformatori
Ciò permette di:
❚ evitare scatti intempestivi per correnti transitorie fino a 6 In ;
❚ utilizzare soglie d’intervento con sensibilità
elevata (30 mA e 300 mA).
Per migliorare la resistenza agli interventi intempestivi, si raccomandano i seguenti accorgimenti:
❚ utilizzare un toro con diametro almeno doppio del diametro del fascio di cavi, se è richiesta una soglia d’intervento inferiore a 1 A;
❚ temporizzare la protezione (< 1 s);
❚ fare passare il cavo o il fascio di cavi in un tubo in materiale ferromagnetico di specifica
lunghezza e spessore.
■ AUTORE
Luigi Signorelli
Product Manager Sezionatori e Relè differenziali
Schneider Electric
■ Criteri di scelta ed installazione dei toroidi di un relè differenziale
In presenza di sovraccarichi transitori non superiori a sei volte la corrente nominale del toroide, il segnale in uscita dal toroide è inferiore a 15 mA (figura 8a).
Tubo in materiale ferromagnetico con lunghezza specifica in
funzione del diametro del toro (figura 8b). Il conduttore di protezione (PE) non deve passare all’interno del toroide (figura 8c)
oppure deve passare due volte (figura 8d),
quando la disposizione del cavo non permette altra soluzione.
Q Figura 8
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ELETTRIFICAZIONE
❚
❚
❚
❚
DALLE AZIENDE
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■ Vigirex: relè differenziali conformi alla Norma
CEI EN 60947-2, Allegato M
La nuova gamma di relè differenziali Vigirex di Merlin Gerin è ancora più completa e ricca di funzioni (relè con preallarme, relè
con display, relè per impianti non
presidiati, relè comunicanti su
Bus, centrale di misure differenziali). Inoltre, tutti i relè sono
conformi alla Norma CEI EN
60947-2, Allegato M.
Disponibili sia nella versione modulare, sia nella versione da incasso 72 x 72, i nuovi Vigirex consentono di realizzare sempre un’adeguata protezione differenziale gra-
zie alle ampie regolazioni della
soglia Idn (fino a 30 A) e della temporizzazione (fino a 4,5 s).
I relè sono dotati di un’elettronica
a microprocessore con tecnologia
“Si” (super immunizzati), il cui
funzionamento si fonda su quattro
principi:
❚ tolleranza ridotta della soglia di
protezione (la soglia di non funzionamento pari a 0,8 Idn aumenta del 60% l’immunità agli
sganci intempestivi);
❚ curva di sgancio a tempo inver-
so (i regimi transitori non fanno
intervenire il differenziale);
❚ filtraggio in frequenza (sensibilità
inferiore all’aumentare della frequenza, per conciliare la protezione dell’impianto con la protezione delle persone);
❚ misura RMS della corrente Idn
(lettura più precisa della corrente di dispersione verso terra).
Questi quattro principi di funzionamento sono in grado di eliminare tutte quelle interruzioni di servizio dovute alle principali perturbazioni: fulmini, manovre di comando, capacità parassite della
rete, correnti con elevato contenuto armonico, ecc.
La conformità estesa anche alle
Norme UL 1053 e CSA C22.2,
consente, inoltre, di fornire maggiori possibilità ai professionisti
che operano sui mercati soggetti
alle prescrizioni nordamericane.
Q Vigirex RH99M, Vigirex
RH197P, Vigirex RHU
ELETTRIFICAZIONE
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