Università di GenovaDipartimento Ingegneria Elettrica
MAI LabMeasurement & Automation forIndustry
Convegno
IL QUADRO DI MEDIA TENSIONEALLA LUCE DELLA NUOVANORMA CEI EN 62271-200
Paolo PincetiDipartimento Ingegneria ElettricaUniversità di [email protected]
Pag. 2 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
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MAI LabMeasurement & Automation forIndustry PROGRAMMA
Schemi tipiciGestione degli assetti Automatismi
1 - Configurazione del quadro
Le denominazioni della IEC 60298Le categorie della EN 62271-200 Esempi di quadri in involucro metallicoTipologia di interruttori
2 - Scelta del tipo di quadro
Parametri di funzionamento nominaliCorrenti di cortocircuito Tenuta arco interno
3 - Criteri di dimensionamento
Prove di tipoProve individuali Post commissioning
4 – Verifiche e prove
Sistema di protezioneSupervisione e controlloMisure e Power Quality
5 – Protezione e controllo
Domande e Risposte
Pag. 3 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
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MAI LabMeasurement & Automation forIndustry Perchè parlare della EN 62271-200 ?
Lo standard di riferimento per i quadri MT (1-52 kV) passa dalla IEC 60298 alla EN 62271-200 “Apparecchiatura prefabbricata con involucro metallico per tensioni da 1 a 52 kV” che introduce:
- nuove definizione e classificazione delle apparecchiature
- classi di arco interno e relative prove
La 62271-200 va letta insieme alla EN 60694 “Prescrizioni comuni per l’apparecchiatura di manovra e di comando ad alta tensione” (del 1996 con V1 del 2002).
La 62271-200 è in vigore dal febbraio 2007febbraio 2007 !
Pag. 4 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
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MAI LabMeasurement & Automation forIndustry La famiglia della EN 62271
-1 Common Specifications-2 Seismic qualifications for rated voltages 72,5 kV and above-100 HV alternating current circuit breakers-101 Synthetic testing-102 HV AC disconnectors and earthing swithces-103 Switches for rated voltages above 1 kV and less than 52 kV-104 Switches for rated voltages of 52 kV and above-105 AC switch-fuse combination-106 AC contactors and contactor-based motor-starters-107 AC switchgear-fuse combinations-108 Switchgears having combined functions-109 Series capacitors by-pass switches-200 AC metal-enclosed switchgears and controlgears (1-52 kV)-201 Insulation-enclosed switchgear for rated voltages up to 52 kV-202 HV/LV prefabricated substations-203 GIS for rated voltages above 52 kV-204 HV gas insulated transmission lines (72,5 kV and above)
Pag. 5 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
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MAI LabMeasurement & Automation forIndustry I vantaggi della EN 62271-200 ?
- Standard univoco e dettagliato per specificare le caratteristiche dei quadri
- Denominazioni e specifiche non ambigue
- Allineamento automatico delle diverse offerte
- Caratteristiche di sicurezza chiaramente definite e provate
- Garanzia dello stato dell’arte per quanto attiene la sicurezza
- Continuità nel tempo delle forniture
Pag. 6 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
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MAI LabMeasurement & Automation forIndustry Schemi tipici per quadri MT
In Italia si hanno circa 26.000.000 di utenti in BT, 100.000 in MT100.000 in MT e 600 in AT (circa). I consumi energetici sono suddivisi in:
- industria 53 %- domestico 22 %- terziario 23 %- agricoltura 2 %
Le perdite di trasmissione sono circa 8 % dell’energia venduta.
Regola n.1: Conoscere l’utenza
Pag. 7 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
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MAI LabMeasurement & Automation forIndustry Schemi tipici per quadri MT
categoria caratteristiche alimentazione
ordinari la mancanza di alimentazione non comporta situazioni di pericolo o gravi disagi
unica sorgente
preferenziali l’alimentazione elettrica condiziona la produzione industriale, ma non la sicurezza di persone o impianti
normale + riserva
privilegiati [1] l’alimentazione elettrica condiziona la sicurezza delle persone e degli impianti
normale + sicurezza
[1] le alimentazioni di sicurezza sono considerate dalla CEI 64-8
Regola n.2: Classificare l’utenza
Pag. 8 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
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MAI LabMeasurement & Automation forIndustry Schemi tipici per quadri MT
Uno schema complesso nasce come combinazione di schemi elementari e ne mutua vantaggi e difetti
- L’affidabilità di uno schema è direttamente correlata al concetto di ridondanza, a sua volta associato a quello di indipendenza dei circuiti
- La ridondanza può essere di sorgente, di quadro, di linea, di utenza
Esistono diversi tipi di indipendenza:indipendenza descrizione
funzionale due alimentazioni sono separate durante il funzionamento normale (sezionatori, bus-tie,..)
in manutenzione l’accessibilità ad una parte di impianto deve essere garantita in condizioni di sicurezza
sotto guasto nono devono esistere guasti di modo comune, che possano causare il fuori servizio di entrambi i sistemi
per eventi esterni i sistemi devono essere indipendenti in condizioni di incendio, esplosione, allagamenti,...
Pag. 9 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
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MAI LabMeasurement & Automation forIndustry Schemi tipici per quadri MT
RADIALE SEMPLICE
DO
RSA
LE
Pag. 10 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
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RADIALE DOPPIO COMPLETOSeparazione completa, comprese le utenze
coordinamento col processo
RADIALE DOPPIO COMPLETOSeparazione completa, utenze singole commutazione a livello di utenza poco utilizzato
Pag. 11 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
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RADIALE DOPPIO TIPICOSono ridondate le sorgenti di alimentazione e le sbarre del quadro di distribuzioneNON sono ridondate le linee di alimentazione verso le utenze
Ga GbGemSCHEMA 1/nMolto usato per alimentazioni di emergenzaRiduce il numero di interruttori rispetto al doppio radiale tipico
Schemi tipici per quadri MT
Pag. 12 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
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MAI LabMeasurement & Automation forIndustry Schemi tipici per quadri MT
AD ANELLOSono ridondate le linee, e possono esserlo le sorgenti di alimentazione.Solitamente l’anello è gestito aperto.
L’esercizio è condizionato dall’utilizzo di interruttori o sezionatori.
Pag. 13 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
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Ga Gb
Bus A
Bus B
Ga Gb
Bus A
Bus B
Schemi tipici per quadri MT
DOPPIA SBARRACrea due sistemi indipendenti (a meno del congiuntore sbarre)
Doppio Interruttore
Con Sezionatori
Pag. 14 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
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MAI LabMeasurement & Automation forIndustry Schemi tipici per quadri MT
Un sistema complesso nasce combinazione di piùsotto-sistemi semplici.
Radiale Semplice
Ad AnelloRadiale Doppio
Pag. 15 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
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MAI LabMeasurement & Automation forIndustry Gestione degli assetti
Per impianti articolati devono essere definiti, oltre lo schema, gliASSETTI DI FUNZIONAMENTO in condizioni:- di normale servizio,- di manutenzione,- di guasto.
Ga Gb Ga Gb Ga Gb
2 sorgenti separate 1 sorgente in parallelo
Un semplice schema radiale doppio ha 23= 8 possibili assetti di funzionamento(riconducibili a 3 validi)
Pag. 16 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
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MAI LabMeasurement & Automation forIndustry Gestione degli assetti
La scelta dell’assetto di funzionamento condiziona:- le correnti di cortocircuito (e quindi il dimensionamento dell’interosistema elettrico alimentato),
- il sistema di protezioni,- la qualità dell’alimentazione (disponibilità).
20 kVIcc= 10 kA
400 V
1250 kVAVcc= 6%
28,4 kA 28,4 kA
20 kVIcc= 10 kA
400 V
1250 kVAVcc= 6%
53,7 kA
Pag. 17 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
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I>I>
I>I>TR
ASC
INAM
ENTO
SCATTO
OFFON
I>I>
I>I>
SCATTO
SCATTO SCATTO
OFFOFF
Gestione degli assetti
INTERVENTO PROTEZIONIINTERVENTO PROTEZIONI
ASSETTO SEPARATOASSETTO SEPARATO ASSETTO IN PARALLELOASSETTO IN PARALLELO
Pag. 18 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
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MAI LabMeasurement & Automation forIndustry Gestione degli assetti
DISPONIBILITADISPONIBILITA’’ DELLDELL’’ALIMENTAZIONEALIMENTAZIONE
λ = frequenza di guasto (volte/anno) = 1/MTBFρ = durata del guasto (ore/guasto)
CEI EN 61078 “Tecniche di analisi relative alla fidatezza – Diagramma a blocchi”MIL Std. 756B “Reliability modeling and predictions”
λ1, ρ1 λ2, ρ2
λs = λ1 + λ2
ρs = (λ1ρ1+λ2ρ2)/(λ1+λ2)
λsρs = λ1ρ1 + λ2ρ2
λ1, ρ1
λ2, ρ2
λp = λ1λ2 (ρ1+ρ2) / 8760
ρp = ρ1ρ2/(ρ1+ρ2)
λpρp = (λ1ρ1) (λ2ρ2) / 8760
SERIES PARALLEL
Pag. 19 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
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DEFINIZIONE DELLE SEQUENZE per:DEFINIZIONE DELLE SEQUENZE per:- RIPRISTINO ALIMENTAZIONE A SEGUITO DI GUASTO- RITORNO IN CONFIGURAZIONE NORMALE- CAMBIO DI CONFIGURAZIONE
Relè di protezione e controllo
PLCPLC
SCADASCADAPROTEZIONIPROTEZIONI
Pag. 20 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
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EN 61131EN 61131--3 Programming languages /3 Programming languages /Industrial Control Programming Industrial Control Programming ((PLCopenPLCopen))
LD A
ANDN B
ST C
LD A
ANDN B
ST C
ANDA C
B
ANDA C
B
A B C
-| |--|/|----------------( )
A B C
-| |--|/|----------------( )
C:= A AND NOT BC:= A AND NOT B
Instruction List
Structured Text
Function Block Diagram
Ladder Diagram
Pag. 21 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
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MAI LabMeasurement & Automation forIndustry La scelta del tipo di quadro EN 62271
Per la IEC 60298 tutti i quadri elettrici metallici sono: “METAL ENCLOSEDMETAL ENCLOSED” (in
italiano “QUADRO PROTETTO”).Se vi è una separazione metallica tra il vano sbarre, il vano cavi, ed il vano interruttore, allora prendono il nome di “METAL CLADMETAL CLAD”
(in italiano “QUADRO BLINDATO”.
INTERRUTTORE
BARRE
CAVICon la EN 62271-200 queste denominazioni
SPARISCONO!SPARISCONO!e vengono utilizzate definizioni di tipo
funzionale, legate alle prestazioni del quadro oltre che alle sue caratteristiche costruttive.
Pag. 22 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
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MAI LabMeasurement & Automation forIndustry Definizione di ACCESSIBILITA’
I compartimenti che costituiscono un quadro sono suddivisi in 4 categorie:
- ACCESSIBILE CONTROLLATO DA UN DISPOSITIVO DI INTERBLOCCOACCESSIBILE CONTROLLATO DA UN DISPOSITIVO DI INTERBLOCCO: non occorrono attrezzi, gli interblocchi consentono l’accesso solo quando privo di tensione e collegato a terra;
- ACCESSIBILE SECONDO PROCEDURAACCESSIBILE SECONDO PROCEDURA: dispositivi di blocco (ad es. lucchetti) e procedure operative;
- ACCESSIBILE MEDIANTE ATTREZZOACCESSIBILE MEDIANTE ATTREZZO: necessita di attrezzi per essere aperto. Da non aprirsi per normali operazioni manutentive;
- NON ACCESSIBILENON ACCESSIBILE: non è previsto che venga aperto, e l’apertura può compromettere l’integrità del compartimento (ad es. quadri GIS).
Pag. 23 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
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MAI LabMeasurement & Automation forIndustry LOSS OF SERVICE CONTINUITY
Categoria di perdita della continuità d’esercizio „LLoss of SService CContinuity Category“
Definisce la possibilità di mantenere sotto tensione altri compartimenti o unità funzionali quando un compartimento di accesso al quadro è
aperto.............
Per classificare il concetto di continuitàd’esercizio durante gli interventi
di manutenzione e controllo è stata introdotta la categoria
LSC
Pag. 24 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
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tutte le altre unità e anche l’arrivo o la partenza dell’unità aperta rimangono sotto tensione (vecchio Blindato)LSC 2B
le altre unità rimangono sotto tensione ma deve essere esclusa dal servizio la linea che fa capo all’unitàdel vano aperto (vecchio Protetto)
LSC 2ALSC 2 continuità di servizio durante la manutenzione
occorre mettere fuori servizio altre unità del quadro: continuità di servizio esclusa durante la manutenzione
LSC 1 Nessuna continuità di servizio durante la manutenzione
Quando un vano di un quadro in involucro metallico viene aperto per eseguire manutenzione o controllo………..
Categoria di perdita della disponibilità d’esercizio( „Loss of Service Continuity Category“ )
tutte le altre unità e anche l’arrivo o la partenza dell’unità aperta rimangono sotto tensione (vecchio Blindato)LSC 2B
le altre unità rimangono sotto tensione ma deve essere esclusa dal servizio la linea che fa capo all’unitàdel vano aperto (vecchio Protetto)
LSC 2ALSC 2 continuità di servizio durante la manutenzione
occorre mettere fuori servizio altre unità del quadro: continuità di servizio esclusa durante la manutenzione
LSC 1 Nessuna continuità di servizio durante la manutenzione
Quando un vano di un quadro in involucro metallico viene aperto per eseguire manutenzione o controllo………..
Categoria di perdita della disponibilità d’esercizio( „Loss of Service Continuity Category“ )
LOSS OF SERVICE CONTINUITY
Pag. 25 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
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( Partitions metallic )( Partitions non-metallic; i = insulating material )
( Partitions metallic )( Partitions non-metallic; i = insulating material )
LSC2A-PI
LSC2B-PILSC1 PI LSC1 PM
LSC2A-PM
LSC2B-PM
PMPI
Tutte le segregazionitra i vani
interni al quadrosono metalliche
Anche solo una dellesegregazioni
tra i vaniinterni al quadro
è in materiale isolante
La nuova CEI EN 62271 prevede prove specifiche per garantire le necessarie caratteristiche di tenuta delle segregazioni isolanti.
In servizio la naturale perdita di rigidità dielettrica dell’isolante, il deposito di pulviscolo e l’effetto dell’umidità, riducono le caratteristiche dielettriche complessive provate in fabbrica.
Le segregazioni metalliche sono quindi più affidabili di quelle isolanti.
LOSS OF SERVICE CONTINUITY
Pag. 26 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
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LSC
LSC1
LSC2
LSC1 PI
LSC1 PM
LSC2A
LSC2B
LSC2A-PI
LSC2A-PM
LSC2B-PI
LSC2B-PM
MANUTENZIONE:
SERVIZIO INTERROTTO
MANUTENZIONE:
Continuitàd’esercizio
LOSS OF SERVICE CONTINUITY
Pag. 27 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
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I quadri isolati in GAS non hanno LSC
I quadri isolati in GAS sono
NON ACCESSIBILI ed
ESENTI DA MANUTENZIONE
LOSS OF SERVICE CONTINUITY
Pag. 28 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
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AIS „Parzialmente segregato“ (vecchio “protetto”)
Accessibilità delle parti segregate• Sbarre: utilizzo di attrezzi• Sezionatore : non accessibile• Int: protetto da blocchi• Cavi: protetto da blocchi
Categoria di perdita della continuitàd’esercizio
•Categoria LSC 2A
•Pareti intermedie e segregazioni• Classe PM (metalliche)
Esempi di classificazione LSC
Pag. 29 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
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Accessibilità delle parti segregate• Sbarre: utilizzo di attrezzi• Int: protetto da blocchi• Cavi: protetto da blocchi
Categoria di perdita della continuitàd’esercizio
• Interruttore LSC 2B (estraibile)
• Cavi LSC 2B
Pareti intermedie e segregazioni• Classe PM (metalliche)
Esempi di classificazione LSC
2 A (asportabile)
Pag. 30 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
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MAI LabMeasurement & Automation forIndustry Esempi di classificazione LSC
„ Segregato metallicamente“ (vecchio blindato)
Accessibilità delle parti segregate• Sbarre: utilizzo di attrezzi• Sezionatore
e ES: non accessibili•Int: protetto da blocchi, esente da
manutenzione• Cavi: protetto da blocchi
Categoria di perdita della continuitàd’esercizio
•Categoria LSC 2B
•Pareti intermedie e segregazioni• Classe PM (metalliche)
SF6
Pag. 31 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
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GIS „Segregato metallicamente“
Accessibilità delle parti segregate
• Sbarre: utilizzo di attrezzi
• Int.: non accessibile
• Cavi: utilizzo di attrezzi
Categoria di perdita della continuità d’esercizio• nessuna perdita ( accessibilità non necessaria perchéesente da manutenzione)
Pareti intermedie e segregazioni• Classe PM (metalliche)
Esempi di classificazione LSC
Pag. 32 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
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G I S
LOSS OF SERVICE CONTINUITY
LSC2A PI LSC2A PM LSC2B PM NESSUNAPERDITALSC2A PI LSC2A PM LSC2B PM NESSUNAPERDITA
Pag. 33 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
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MAI LabMeasurement & Automation forIndustry La scelta del tipo di interruttore
VuotoVolume d’olio ridotto
SF6
Pag. 34 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
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E2
E1
M2
M1
Classe
Durata elettrica
Durata meccanica
Caratteristica
• Le parti d’interruzione del circuito principale non richiedono manutenzione
• Interruttore base diverso da E2
• 10.000 manovre• Manutenzione limitata
• 2.000 manovre, durata normale
Descrizione
E2
E1
M2
M1
Classe
Durata elettrica
Durata meccanica
Caratteristica
• Le parti d’interruzione del circuito principale non richiedono manutenzione
• Interruttore base diverso da E2
• 10.000 manovre• Manutenzione limitata
• 2.000 manovre, durata normale
Descrizione
C2
C1Probabilità di riadescamento durante le interruzioni di correnti capacitive
• Molto bassa• Testata con prove di tipo
• Bassa, testata con prove di tipo
C2
C1Probabilità di riadescamento durante le interruzioni di correnti capacitive
• Molto bassa• Testata con prove di tipo
• Bassa, testata con prove di tipo
Classificazione degli interruttori
EN 62271-100 HV alternating current circuit breakers
Pag. 35 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
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Olio ridotto (M1Olio ridotto (M1--EE22))
Dielettrico: Idrogeno presente (70%circa) nel gas ad alta pressione (>100bar) prodotto dalla decomposizione dell’olio in presenza di arco elettrico (circa 10.000°C)
Semplice ed economico
Pericolo di scoppio a causa dell’elevata pressione
Necessita di periodici controlli dell’olio a causa dei depositi carboniosi che si formano durante l’arco
La scelta del tipo di interruttore
Pag. 36 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
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MAI LabMeasurement & Automation forIndustry La scelta del tipo di interruttore
SF6 SF6 esafloruroesafloruro di zolfo (Mdi zolfo (M22--E2E2--C2)C2)
Dielettrico: SF6
Gli atomi di fluoro tendono a catturare elettroni e a diventare ioni negativi. Gli elettroni liberi della zona d’arco sono catturati e sostituiti da ioni di fluoro che, possedendo una massa, hanno una velocità 185 volte inferiore.
Ottimo comportamento in M.T. e A.T. tranne che per correnti fortemente asimmetriche
Occorre garantire la tenuta del gas nel tempo
Prescritta manutenzione in fabbrica delle camere d’estinzione dell’arco dopo 10 anni anche in presenza di un limitato numero di manovre
Pag. 37 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
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Apertura contatti principali
Periodo d‘arco
Aperto
Chiuso
Interruttore in SF6
Pag. 38 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
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Barra colletrice, con contatto inserito
Coltello di sezionamento
Bobina di estinzione
Contatto di terra
Meccanismo di ritorno per leva di comando e alberino interruttore
Sistema con bobine di estinzione: Gas isolante e di estinzione SF6Funzionamento secondo legge di induzione ( I B F v),Estinzione con passaggio dallo zero di corrente
Interruttore in SF6 “ad arco rotante”
(M(M11--E2E2--C1)C1)
Pag. 39 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
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MAI LabMeasurement & Automation forIndustry La scelta del tipo di interruttore
Dielettrico: Vuoto, vapori di rame e cromo
Durante l’arco i contatti riscaldano e rilasciano vapori di rame e cromo che permettono la formazione di una colonna conduttrice formata da elettroni e ioni positivi
Vuoto (Vuoto (M2M2--E2E2--C2)C2)
Arco diffuso:
È costituito da molti archi in parallelo che si spostano respingendosi.
Si verifica una bassa emissione di vapori e un elevata emissione di elettroni.
Al passaggio dallo zero cessa l’emissione di elettroni e l’arco si estingue
Pag. 40 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
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Interruttore Sotto vuotoInterruttore Sotto vuoto
La scelta del tipo di interruttore
Pag. 41 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
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Contatti in CuCr
Forma dei contatti
Parti principali
Ampolla in ceramicaFlangeProtezionePiastra metallicaContatti
Dati tecnici
Pressione interna 10-6 mbarDistanza dei contatti 6 to 20 mmResistenza di contatto 10 µOhm
La scelta del tipo di interruttore
Pag. 42 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
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MAI LabMeasurement & Automation forIndustry La scelta del tipo di interruttore
VuotoCircuit-B reaker
Bassa tensione d’arco
Breve lunghezza d’arco
Breve tempo d’interruzione
Bassa energia d’arcoSF6
Oil
Vuoto
Breaking C urrent [kA]
Arc energy [kWs]
5040302010
∫ ⋅⋅=T
0
dtiuW ∫ ⋅⋅=T
0
dtiuW
0
200
400
600
800
1000
0
Pag. 43 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
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Quo
te d
i mer
cato
Vuoto
S F6
Deioniz. magnetica
Olio ridotto
Olio36
3328 26 24 18 16 14
1315
2020
22 22 22
1937
46 51 56 60 62 647
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
1980 1982 1985 1988 1990 1993 1996 2000
La scelta del tipo di interruttore
Pag. 44 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
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Campo dCampo d’’impiego del vuotoimpiego del vuotoCortocircuito franco sul secondario del trasformatore
Tensione di ritorno al passaggio dallo zero con pendenza del fronte d’onda molto superiore a quanto richiesto dalle norme per le prove di interruzione
Apertura di trasformatori a vuoto: correnti induttive <20A
Può avvenire l’interruzione della corrente prima del passaggio dallo zero con conseguenti elevate sovratensioni (chopping)
Manovra su motori e reattanze
In fase d’avviamento o con rotore bloccato si possono creare sovratensioni a causa del ri-addescamento multiplo o dello strappamento di correnti virtuali. L’interruttore può essere equipaggiato con un limitatore di sovratensione
La scelta del tipo di interruttore
Pag. 45 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
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MAI LabMeasurement & Automation forIndustry La scelta del tipo di interruttore
Manovre su batterie di condensatori e linee a vuoto
La corrente d’inserzione delle batterie di condensatori ha un valore e una velocità di salita elevata (corrente transitoria ad alta frequenza) .
Le parti mobili degli interruttori possono essere rallentate durante la chiusura e portare alla formazione di sovratensioni e all’usura dei contatti.
Negli interruttori in vuoto il fenomeno è trascurabile perché i contatti sono piatti e la loro distanza è breve (8-14mm).
Negli interruttori in SF6 il fenomeno è importante perché i contatti sono striscianti e più distanti (80mm). È opportuno prevedere l’utilizzo di bobine atte a smorzare il fenomeno.
Campo dCampo d’’impiego del vuotoimpiego del vuoto
Pag. 46 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
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MAI LabMeasurement & Automation forIndustry La scelta del tipo di interruttore
Manovre su trasformatori da forno
Si richiede di interrompere anche 100 volte al giorno correnti che variano dalla corrente a vuoto al doppio della nominale
Campo dCampo d’’impiego del vuotoimpiego del vuoto
Manovre su sistemi di trazione
I sistemi monofasi utilizzati per la trazione presentano, rispetto ai normali sistemi trifasi, tempi più lunghi tra i successivi passaggi della corrente dallo zero. L’arco dura di più, l’energia prodotta èmaggiore e di conseguenza l’interruttore invecchia precocemente
Pag. 47 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
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++++Manovre su sistemi di trazione
NO+++Manovre su trasformatori da forno
Necessarie bobine di smorzamento per gli int. in gas
Correnti transitorie a frequenza elevata
-++Manovre su batterie di condensatori e linee a vuoto
Possibile equipaggiamento con limitatore di sovratensione per vuoto e gas
Sovratensioni a causa del riaddescamentomultiplo
-+
Manovra su motori e reattanze: in fase d’avviamento o con rotore bloccato
Correnti strappate: sovratensioni
+++++Apertura di trasformatori a vuoto: correnti induttive <20A
Forte pendenza del fronte d'onda+++
Cortocircuito franco sul secondario del trasformatore
AccorgimentiCriticitàGasVuoto
La scelta del tipo di interruttore
Pag. 48 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
Università di GenovaDipartimento Ingegneria Elettrica
MAI LabMeasurement & Automation forIndustry La scelta del tipo di interruttore
Man
ovre
am
mis
sibi
li
0
2
1 3
Corrente di interruzione
16 kA20
25
10.000
80
5035
10
1
Elevato numero di manovre elettriche
A causa della limitata abrasione dei contatti la corrente nominale può essere interrotta fino a 30.000 volte e la corrente di corto circuito fino a 100 volte, spesso oltre.
Durata dell’arco sempre inferiore a15 ms, tensione d’arco tra 20 e 200 V max.
Pag. 49 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
Università di GenovaDipartimento Ingegneria Elettrica
MAI LabMeasurement & Automation forIndustry La scelta del tipo di interruttore
Interruttore estraibile
Pag. 50 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
Università di GenovaDipartimento Ingegneria Elettrica
MAI LabMeasurement & Automation forIndustry La scelta del tipo di interruttore
Interruttore asportabile
Pag. 51 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
Università di GenovaDipartimento Ingegneria Elettrica
MAI LabMeasurement & Automation forIndustry La scelta del tipo di interruttore
Interruttore fisso isolato in GAS
Pag. 52 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
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MAI LabMeasurement & Automation forIndustry Scelta dei valori nominali del quadro
1 Caratteristiche di sistema
• Tensione [kV]
• Frequenza [Hz]
• Numero di fasi
• Messa a terra del neutro
Pag. 53 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
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MAI LabMeasurement & Automation forIndustry
2 Condizioni di servizio (EN 60694)
Scelta dei valori nominali del quadro
Pag. 54 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
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MAI LabMeasurement & Automation forIndustry
3 Caratteristiche costruttive• Classe del diaframma [PM/PI] • Estraibilità [SI/NO]• Categoria LSC [1/2A/2B] – NESSUNA (GIS)• Tensione nominale [3.6/7.2/12/17.5/24/36]• Livello di isolamento (EN 60694)
Scelta dei valori nominali del quadro
Pag. 55 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
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MAI LabMeasurement & Automation forIndustry
4 Correnti• Termica Ir• di Breve Durata Ik
Durata di cortocircuito tk• di Picco Ip
11.25
1.62
2.53.15
46.3
8
x 10n
Correnti di dimensionamento del quadro
Pag. 56 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
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MAI LabMeasurement & Automation forIndustry Correnti di dimensionamento del quadro
11.25
1.62
2.53.15
46.3
8
x 10n
0.5123
s
Nota: occorre definire la Ik e la Ip anche per il circuito di terra
Ip = 2.5 Ik @50 Hz
Pag. 57 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
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MAI LabMeasurement & Automation forIndustry
IEC 60909
Correnti di cortocircuito
La componente AC dellacorrente di cortocircuitoè costante nel tempo
Pag. 58 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
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MAI LabMeasurement & Automation forIndustry Correnti di cortocircuito
Il transitorio iniziale è regolato dalla costante di tempo subtransitoria (AC) e dalla c.d.t. della componente continua (DC).
Pag. 59 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
Università di GenovaDipartimento Ingegneria Elettrica
MAI LabMeasurement & Automation forIndustry Correnti di cortocircuito
Determinazione della Ik di prova secondo IEC 60694
Pag. 60 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
Università di GenovaDipartimento Ingegneria Elettrica
MAI LabMeasurement & Automation forIndustry Tenuta arco interno (IAC)
IACIACInternal
Arc Classified
La classificazione “IAC” si applica a quadri che devono soddisfare requisiti di sicurezza riguardo la protezione
delle persone in caso d’arco interno.
I requisiti devono essere attestati da adeguate prove.
Ieri
Condizioni di prova da concordare
Oggi
Condizioni di prova stabilite dalla norma
Risultato confrontabile: prova superata o non superata
Pag. 61 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
Università di GenovaDipartimento Ingegneria Elettrica
MAI LabMeasurement & Automation forIndustry Tenuta arco interno (IAC)
Quando richiedere la classificazione IAC
Classificazione dell’ambiente
Pag. 62 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
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MAI LabMeasurement & Automation forIndustry Tenuta arco interno (IAC)
Tipi di guasto interno e provvedimenti per ridurne la probabilità
Pag. 63 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
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MAI LabMeasurement & Automation forIndustry
Tipi di guasto interno e provvedimenti per ridurne la probabilità
Tenuta arco interno (IAC)
Pag. 64 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
Università di GenovaDipartimento Ingegneria Elettrica
MAI LabMeasurement & Automation forIndustry Tenuta arco interno (IAC)
Definizione dei lati del quadro
Esempi di classificazione IAC
Pag. 65 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
Università di GenovaDipartimento Ingegneria Elettrica
MAI LabMeasurement & Automation forIndustry
Quadro da testare completamente equipaggiato
Due unità funzionali
Prova in ogni vano dell’unità che termina il quadro
Durata 1 / 0,5 / 0,1 s
SF6 può essere sostituito con aria
Ricerca del punto d’innesco e direzione dell’arco
Prove per IAC
Regole per l’esecuzione delle prove
Pag. 66 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
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MAI LabMeasurement & Automation forIndustry
60 cm
10 cm
80 cmoppure10 cm
Simulazione del locale
La distanza alla quale porre i rivelatori dipende dall’ambiente(A o B)
Prove per IAC
Pag. 67 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
Università di GenovaDipartimento Ingegneria Elettrica
MAI LabMeasurement & Automation forIndustry Prove per IAC
Indicatori per la valutazione degli effetti termici dei gas
Paul Creton (1640)
BATISTATessuto leggero in puro cotone ad armatura tela. A volte lo si trova in commercio in mischia con piccole percentuali di poliestere o viscosa che gli conferiscono una maggiore lucentezza. trasparente e , nello stesso tempo, sostenuto, è un tessuto molto fresco, ideale per la confezione di camicette ed abiti eleganti, di cui valorizza i tagli particolari
Pag. 68 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
Università di GenovaDipartimento Ingegneria Elettrica
MAI LabMeasurement & Automation forIndustry Prove per IAC
Criteri di accettazione
Pag. 69 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
Università di GenovaDipartimento Ingegneria Elettrica
MAI LabMeasurement & Automation forIndustry
Criteri di accettazione
Prove per IAC
Pag. 70 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
Università di GenovaDipartimento Ingegneria Elettrica
MAI LabMeasurement & Automation forIndustry
Passaggio impedito dell’arco in altri vani
Prove per IAC
La non propagazione dell’arco interno tra idiversi vani del quadro NON è richiesta dalla EN 62271-200, ma è garanzia di:- limitazione dei danni,- rapidità di ripristino del servizio.
Pag. 71 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
Università di GenovaDipartimento Ingegneria Elettrica
MAI LabMeasurement & Automation forIndustry Misura delle scariche parziali
TreeingScariche superficiali
Micro-cavità
Le scariche parziali sono micro-scariche che avvengono nei materialiisolanti quando sono sollecitati in tensione.
Le scariche parziali sono le principali cause di invecchiamento dei materiali isolanti organici.
Pag. 72 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
Università di GenovaDipartimento Ingegneria Elettrica
MAI LabMeasurement & Automation forIndustry Misura delle scariche parziali
Neutro isolato o a terra Neutro a terra
Pag. 73 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
Università di GenovaDipartimento Ingegneria Elettrica
MAI LabMeasurement & Automation forIndustry Misura delle scariche parziali
Ur
1.1 x Ur
1.3 x Ur10 s
ESECUZIONE MISURE
Pag. 74 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
Università di GenovaDipartimento Ingegneria Elettrica
MAI LabMeasurement & Automation forIndustry Prove di tipo
EN 62271-200 (specifica per quadri MT) EN 60694 (generica)
Pag. 75 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
Università di GenovaDipartimento Ingegneria Elettrica
MAI LabMeasurement & Automation forIndustry Prove di tipoPR
OVE
DI T
IPO
OB
BLI
GA
TOR
IE
SEM
PRE
SE A
PPLI
CA
BIL
I
Pag. 76 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
Università di GenovaDipartimento Ingegneria Elettrica
MAI LabMeasurement & Automation forIndustry Prove di tipo
PRO
VE D
I TIP
O F
AC
OLT
ATI
VE
Pag. 77 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
Università di GenovaDipartimento Ingegneria Elettrica
MAI LabMeasurement & Automation forIndustry Prove individuali
6069
462
271-
200
Pag. 78 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
Università di GenovaDipartimento Ingegneria Elettrica
MAI LabMeasurement & Automation forIndustry Prove dopo l’installazione
Applicare 80% dei valori di tensione in tabella a ciascunconduttore di fase con gli altri conduttori di fase messia terra successivamente.
Uprova
N.B. SCOLLEGARE I TV!
Pag. 79 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
Università di GenovaDipartimento Ingegneria Elettrica
MAI LabMeasurement & Automation forIndustry Prove dopo l’installazione
Rea
lizza
te d
al c
ostr
utto
re s
econ
do p
ropr
ia p
roce
dura
Pag. 80 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
Università di GenovaDipartimento Ingegneria Elettrica
MAI LabMeasurement & Automation forIndustry
Vani ChiusiVani Chiusi: montaggio e manutenzione in cantiere lavorando con il gas
Vani Sigillati:Vani Sigillati: nessun lavoro con il gas in cantiere
1301*10-50,10%Valori secondo lo stato dell’arte
30-403*10-50,30%Valori secondo IEC 60694 Contenitori sigillati
131*10-41,00%Valori secondo IEC 60694 Contenitori chiusi (con guarnizioni)
Tenuta teorica in
anni
Perdita assolutambar*l/s
Perdita relativa
1301*10-50,10%Valori secondo lo stato dell’arte
30-403*10-50,30%Valori secondo IEC 60694 Contenitori sigillati
131*10-41,00%Valori secondo IEC 60694 Contenitori chiusi (con guarnizioni)
Tenuta teorica in
anni
Perdita assolutambar*l/s
Perdita relativa
Prove dopo l’installazione
Pag. 81 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
Università di GenovaDipartimento Ingegneria Elettrica
MAI LabMeasurement & Automation forIndustry
Gli
Gli
anni
anni
7070SCADA
Pag. 82 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
Università di GenovaDipartimento Ingegneria Elettrica
MAI LabMeasurement & Automation forIndustry SCADA
Gli
Gli
anni
anni
8080
Pag. 83 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
Università di GenovaDipartimento Ingegneria Elettrica
MAI LabMeasurement & Automation forIndustry SCADA
Gli
Gli
anni
anni
9090
Pag. 84 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
Università di GenovaDipartimento Ingegneria Elettrica
MAI LabMeasurement & Automation forIndustry
FunzionalitFunzionalitàà base degli SCADAbase degli SCADA
-- SupervisioneSupervisione-- ControlloControllo-- MisureMisure-- TrendTrend-- Gestione EventiGestione Eventi-- Gestione AllarmiGestione Allarmi
FunzionalitFunzionalitàà personalizzate dello SCADApersonalizzate dello SCADA-- Sequenze e AutomatismiSequenze e Automatismi
SCADA
Pag. 85 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
Università di GenovaDipartimento Ingegneria Elettrica
MAI LabMeasurement & Automation forIndustry Intelligent Electrical Device
Relè convenzionali- 2 contatti di scatto
Relay digitali:- ≈1.200 dati
Pag. 86 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
Università di GenovaDipartimento Ingegneria Elettrica
MAI LabMeasurement & Automation forIndustry
Nello SCADA un IED diventa unNello SCADA un IED diventa unoggetto VIRTUALEoggetto VIRTUALE
Un IED Un IED èè caratterizzato dallcaratterizzato dall’’insieme delle informazioni che può insieme delle informazioni che può produrre o consumare, chiamati produrre o consumare, chiamati PROFILO.PROFILO.
Dati del Costruttore
Tarature
Funzioni
Registrazione eventi
OscilloperturbografiaLogiche
Diagnostica
Misure
Intelligent Electrical Device
Pag. 87 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
Università di GenovaDipartimento Ingegneria Elettrica
MAI LabMeasurement & Automation forIndustry
un sistema di automazione moderno un sistema di automazione moderno èè una rete informativa sulla quale insistono nodi specializzatiuna rete informativa sulla quale insistono nodi specializzati
Architettura SCADA
Pag. 88 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
Università di GenovaDipartimento Ingegneria Elettrica
MAI LabMeasurement & Automation forIndustry Protocolli di comunicazione
Standard Industriali:MODBUS (1979)
7 Application
6 Presentation
5 Session
4 Transport
3 Network
2 Data Link
1 Physical
Protocol Modbus/Jbus- Read/Write variables (bits, words, Inp/Out)- Diagnostic- Traffic historical archiving
Router (to drive the address to the physical device)
Master/Slave accessFrame control with CRCTwisted pair, max 19.200 baudsi RS232/RS485/Current Loop
7 Application
6 Presentation
5 Session
4 Transport
3 Network
2 Data Link
1 Physical
Services of Modbus Plus:- all the Modbus services- global database- peer cop
Token Passing bus – IEEE 802.4
RS485/Current Loop
7 Application
6 Presentation
5 Session
4 Transport
3 Network
2 Data Link
1 Physical
Modbus services:- Read/Write variables (bits, words, Inp/Out)- Diagnostic- Traffic historical archiving
TCP
Ethernet II or LLC IEEE 802.2MAC IEEE 802.3
CSMA-CDISO 8802.3
IP
Program uploading/downloading-
Pag. 89 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
Università di GenovaDipartimento Ingegneria Elettrica
MAI LabMeasurement & Automation forIndustry
Standard Industriali:DNP3 (Harris, ‘80)
Max. payload: 250 bytes
Protocolli di comunicazione
Pag. 90 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
Università di GenovaDipartimento Ingegneria Elettrica
MAI LabMeasurement & Automation forIndustry
La IEC 60870 La IEC 60870 èè suddivisa in sei suddivisa in sei parti che definiscono tutti gliparti che definiscono tutti gliaspetti di un sistema di aspetti di un sistema di automazione.automazione.
Attualmente la norma si aggiraAttualmente la norma si aggiraSu 35 fascicoli.Su 35 fascicoli.
La IEC 60870 prevede lLa IEC 60870 prevede l’’utilizzo utilizzo di RTU per ldi RTU per l’’interfaccia con ilinterfaccia con ilCampo.Campo.
Protocolli di comunicazione
Protocolli di telecontrollo6
Protocolli di trasmissione5
Requisiti di prestazione4
Interfacce3
Condizioni di funzionamento
2
Considerazioni generali1
Parte
Protocolli di telecontrollo6
Protocolli di trasmissione5
Requisiti di prestazione4
Interfacce3
Condizioni di funzionamento
2
Considerazioni generali1
Parte
Pag. 91 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
Università di GenovaDipartimento Ingegneria Elettrica
MAI LabMeasurement & Automation forIndustry Protocolli di comunicazione
Pag. 92 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
Università di GenovaDipartimento Ingegneria Elettrica
MAI LabMeasurement & Automation forIndustry
IED#1
IED#2
IED#3
IED#n
SUPERVISIONCOMPUTER
Protocolli di comunicazione
Pag. 93 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
Università di GenovaDipartimento Ingegneria Elettrica
MAI LabMeasurement & Automation forIndustry Protocolli di comunicazione
Un IED è una COLLEZIONEdi Nodi Logici, resi disponibilicon un modello di comunicazioneClient/Server
LN1 LN5
LN6
LN7
LN8
LN4
LN3
LN2
Pag. 94 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
Università di GenovaDipartimento Ingegneria Elettrica
MAI LabMeasurement & Automation forIndustry Misure e Power Quality
Pag. 95 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
Università di GenovaDipartimento Ingegneria Elettrica
MAI LabMeasurement & Automation forIndustry Misure e Power Quality
TRANSITORI ANALISI GUASTI
ANALISI DEI DISTURBI ANALISI
FASORIALE
Pag. 96 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
Università di GenovaDipartimento Ingegneria Elettrica
MAI LabMeasurement & Automation forIndustry Riepilogo
Il tema della serata sono stati i quadri elettrici in Media Tensione alla luce della nuova EN 62271EN 62271--200200.
- Definizione del tipo di accessibilità degli scomparti- Definizione della Loss of Service Continuity (LSC)
- Definizione del tipo di partizioni interne
- Definizione della Classificazione per Arco Interno (IAC)- Definizione del tipo di interruttore
Le novità per i progettisti sono:
Pag. 97 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
Università di GenovaDipartimento Ingegneria Elettrica
MAI LabMeasurement & Automation forIndustry
Abbiamo parlato anche di:
- Mezzi di interruzione- Quadri isolati in gas (GIS)
- Protezioni intelligenti
- SCADA- Protocolli di comunicazione
- Scelta dello schema del quadro
Riepilogo
Pag. 98 apr-07 Power Transmission and DistributionAutore: Paolo Pinceti
Università di GenovaDipartimento Ingegneria Elettrica
MAI LabMeasurement & Automation forIndustry Un’ultima norma per finire….
ANSI K100ANSI K100.1.1 (1974)(1974)
Buona serata a tutti !
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