I relè di misura e i dispositivi di protezione comunemente chiamati “relè di protezione” - sono dispositivi, normalmente di tipo statico, che hanno il compito di salvaguardare le linee, le apparecchiature e le macchine elettriche dai corto-circuiti distaccandole tempestivamente dalla rete che le alimenta.
La funzione dei relè di protezione è particolarmente importante agli effetti di evitare i black-out, fenomeni rovinosi che, spegnendo il sistema elettrico, privano i cittadini e le aziende della fornitura di energia elettrica oggi assolutamente indispensabile per la nostra vita.
Prove sui relè di protezione
Una cura particolare viene dedicata ai relè di protezione effettuando una serie specifica di prove e cioè:
• Prove di tipo, effettuate su prototipi presso laboratori altamente specializzati e qualificati;
• Prove di accettazione, effettuate presso il costruttore all'atto della fornitura;
• Prove di attivazione, effettuate all'atto della messa in servizio sull'impianto;
• Prove di verifica periodica, effettuate con scadenze predeterminate (per esempio annuali) presso gli impianti; i relè riscontrati guasti o malfunzionanti in queste prove vengono immediatamente riparati o sostituiti. Quest'ultima prova ci garantisce che ci siano sempre in servizio sugli impianti relè di protezione perfettamente funzionanti.
Sempre in relazione alla delicata funzione dei relè di protezione, al fine di evitarne l'intervento non corretto (intempestivo, cioè che avviene quando non sarebbe dovuto avvenire) in caso di disturbi elettromagnetici che possono influenzare il loro funzionamento, sono previste dalla Normativa in vigore una serie di prove per verificare la loro insensibilità a tali disturbi.
Riferimenti Normativi
Le prove di insensibilità ai disturbi sono prese in considerazione dalle Norme di competenza del Comitato Tecnico 95 del CEI e fanno parte della serie IEC 60255 “Prove di disturbo elettrico sui relè di misura e sui dispositivi di protezione”. Le Norme prevedono le seguenti prove:
• Prova con onda oscillatoria smorzata a 1MHz
Norma CEI EN 60255-22-1, CEI 95-19
• Prova di scarica elettrostatica
Norma CEI EN 60255-22-2, CEI 95-6
• Prove di disturbo con campi magnetici irradiati
Norma CEI EN 60255-22-3, CEI 95-11
• Prove di immunità ai transitori elettrici veloci e treni di impulsi
Norma CEI EN 60255-22-4, CEI 95-14
• Prove ad impulso
Norma CEI EN 60255-22-5, CEI 95-15
• Prove di immunità ai disturbi condotti, indotti da campi elettromagnetici in radiofrequenza
Norma CEI EN 60255-22-6, CEI 95-13
• Prove di immunità alla frequenza di rete
Norma CEI EN 60255-22-7, CEI 95-17
Nella presente relazione vengono prese in considerazione le prove di immunità alle scariche elettrostatiche.
Problematiche relative alla scarica elettrostatica
Osserviamo subito che una scarica elettrostatica può investire un relè di protezione in normale condizioni di esercizio solo se viene innescata da un operatore carico di elettricità statica che accede all'apparecchio rimuovendone il coperchio della custodia e toccandone le manopole o altro per eseguire operazioni di taratura. La scarica così innescata, se di elevato livello di tensione e di energia, può essere in grado di influenzare il funzionamento del relè che può così emettere un comando di intervento spurio (intempestivo) oppure di causare un danneggiamento irreversibile nei circuiti elettronici del relè stesso rendendolo così non più in grado di svolgere la sua funzione. Per evitare tutto ciò il relè deve essere costruito in modo da poter sopportare senza danni o malfunzionamenti la sollecitazione dovuta alla scarica elettrostatica. Le prove previste dalla Normativa devono accertare questa qualità del relè.
Prove di immunità alla scarica elettrostatica
Come già accennato la Norma CEI EN 60255-22-2 Ed.3.0 ( CEI 95-6 ) si occupa di questa materia e prescrive:
• Le classi di severità delle prove;
• Le procedure e le condizioni di prova;
• I criteri di accettazione.
Classi di severità
Le classi di severità sono stabilite in relazione alle condizioni di installazione, tenendo conto che le scariche elettrostatiche sono facilmente originate in un ambiente con atmosfera secca e tessuti dell'operatore di tipo sintetico. Sono previste dalla Norma 4 classi di severità. Per gli ambienti tipici di installazione dei relè di protezione è prevista la classe di severità “3” che prevede una tensione di applicazione per contatto di 6 kV e per scarica in aria di 8 kV. La Norma fornisce anche, in un apposito allegato, una guida per la selezione della classe di severità della prova.
Procedure e condizioni di prova
Le tensioni di prova devono essere prodotte da un apposito generatore il cui schema, completo delle caratteristiche dei componenti, è riportato dalla Norma. La tensione deve essere applicata secondo la procedura di applicazione diretta con:
• Metodo di scarica per contatto, nel quale la tensione è direttamente applicata alle parti interessate del relè in prova, che sono in questo caso superfici conduttrici;
• Metodo di scarica nell'aria, nel quale la tensione viene applicata avvicinando l'elettrodo del generatore alle parti interessate del relè in prova, che sono in questo caso superfici isolanti, fino a ottenere la scarica. Il metodo privilegiato e più significativo è quello della scarica per contatto. La Norma raccomandata che i punti di prova selezionati siano specificati dal costruttore per poter ottenere risultati di prova riproducibili. La prova deve essere allestita secondo uno schema formato dalla Norma stessa; di particolare importanza è la corretta realizzazione del piano di terra di riferimento.
Modalità di esecuzione delle prove
Il relè di protezione in prova deve essere alimentato con tutte le grandezze di misura e ausiliarie previste sull'impianto e deve essere monitorato per registrare eventuali emissioni di comandi o segnalazioni spurie. La prova deve essere effettuata con scariche singole e deve essere ripetuta su ogni punto di prova, con intervallo di un secondo, per 10 volte con polarità positiva e 10 volte con polarità negativa.
La Norma fornisce, in un apposito allegato, un esempio pratico di esecuzione delle prove su un relè di protezione “di massima” (per esempio di massima corrente) e “di minima” (per esempio di minima tensione). E' interessante notare che la variazione percentuale massima permessa (per esempio il 10%) introdotta nel sistema di misura del relè dalla scarica elettrostatica deve essere dichiarata dal costruttore.
Criteri di accettazione
La Norma prescrive che il risultato delle prove possa ritenersi “favorevole” quando il relè di protezione:
• Durante la prova non deve presentare nessun funzionamento anomalo; sono tollerate eventuali false informazioni fornite dai dispositivi di segnalazione (led elettrici, ecc.)
• Dopo la prova deve funzionare regolarmente e risultare conforme alle relative specifiche riguardanti le funzioni e le prestazioni.
Per poter ottenere il risultato favorevole delle prove è evidente che il costruttore dovrà progettare e realizzare i circuiti di entrata del relè (ad esempio inserendo appositi filtri o scaricatori) in modo da poter bloccare o quanto meno ridurre al minimo l'effetto della scarica elettrostatica.
Conclusioni
I relè di protezione, sottoposti con esito favorevole alle prove di insensibilità ai disturbi elettrici e in particolare alle sollecitazioni provocate dalle scariche elettrostatiche previste dalle Norme CEI, forniscono un aumentato grado di affidabilità per il loro funzionamento in esercizio.
