Trasformatori TA, TV, TO e verifiche secondo CEI 0-16
La CEI 0-16 è la regola tecnica di riferimento per la connessione di utenti attivi e passivi alle reti AT ed MT delle imprese distributrici di energia elettrica.
L’obiettivo della connessione è garantire agli utenti l’accesso alla rete, la continuità del servizio e la qualità della tensione considerando l’efficienza e la sicurezza del sistema elettrico. Concorrono al raggiungimento di tale obiettivo il corretto inserimento dell’impianto sulla rete, gli schemi di connessione e la configurazione degli impianti di consegna che devono assicurare (mediante la struttura del collegamento, gli organi di manovra ed i sistemi di misura, protezione e controllo) la piena compatibilità con la rete e con le esigenze della relativa gestione.
In questo scenario entrano in gioco i trasformatori di misura/protezione TA, TV e TO il cui segnale a secondario deve essere interpretato correttamente dalla protezione generale (PG) che poi andrà ad agire sul dispositivo generale (DG), con la finalità di provocare la separazione dell’impianto dell’utente dalla rete del Distributore in caso di guasti interni all’impianto stesso. L’insieme dei trasformatori di protezione/misura e del relè di protezione generale (PG) costituisce il sistema di protezione generale (SPG).
Ampère Professional 2020 consente la gestione dei TA, TV e TO, la corretta scelta degli stessi con verifiche di saturazione secondo CEI 0-16 con l’analisi dinamica su tutti i tipi di corrente di guasto (Ik, Ik’, ik’’ e Io) ai fini della saturazione dei TA / TO.
Archivio trasformatori di protezione/misura TA, TV e TO
In archivio Dispositivi è stata definita una nuova sezione dedicata ai Trasformatori protezione/misura: in essa sono organizzate le schede delle caratteristiche elettriche relative ai trasformatori di corrente e di tensione che saranno utilizzate per il dimensionamento della rete elettrica in Ampère. I dati di ogni dispositivo possono essere editati dalla finestra Proprietà, che consente la definizione delle caratteristiche generali, elettriche e merceologiche.
La scheda Elettriche permette di inserire le caratteristiche elettriche del trasduttore e si differenzia a seconda del tipo di trasformatore TA, TV o TO. Di seguito riportiamo i parametri più importanti.
TA e TV
Tensione di isolamento: valore di tensione sopportabile dal trasformatore.
Tipo di utilizzo: protezione, misura, protezione e misura (doppio secondario).
Tipologia costruttiva: induttivo o non induttivo; il primo caso comprende i trasformatori che presentano un nucleo magnetico mentre il secondo si riferisce ai sensori di corrente e tensione come la bobina di Rogowsky o il divisore resistivo.
Secondario ulteriore: indica la presenza di un ulteriore secondario, che può essere di protezione o di misura.
Prestazione nominale: in VA, indica il valore sul quale si basano le prescrizioni relative alla precisione.
Classe di precisione: definisce i valori massimi di errore di rapporto e angolo garantiti all'interno dei range di corrente (tensione) e prestazioni definiti dalla norma. Le classi 0.2, 0.5 e 1 sono utilizzate per applicazioni di misura mentre le classi 5P (3P) e 10P (6P) per protezione.
TA
Corrente di primario: corrente nominale che attraversa l’avvolgimento di primario.
Fattore limite di precisione: per i TA di protezione rappresenta il rapporto tra la corrente limite primaria (valore di corrente primaria fino al quale il TA rispetta le prescrizioni per l’errore composto) e la corrente di primario.
Fattore di sicurezza: per i TA di misura rappresenta il rapporto tra la corrente limite primaria e la corrente di primario
TV
Tensione nominale primario: tensione nominale applicata agli avvolgimenti di primario.
Tensione nominale secondario: tensione nominale applicata agli avvolgimenti di secondario; i valori standard sono 100V o 110V per i trasformatori di tensione fase-fase, gli stessi valori divisi per radice di tre rappresentano lo standard per i trasformatori di tensione fase-terra.
Fattore di tensione: è il fattore, multiplo della tensione primaria nominale, che determina la tensione massima di funzionamento alla quale il trasformatore deve rispettare i limiti di riscaldamento e di precisione prescritti.
Il sistema di protezione generale
Il sistema di protezione generale SPG, può essere realizzato con una delle modalità costruttive, qui di seguito richiamate:
• SPG non integrato, ovvero SPG che prevede singoli PG, TA, TO, TV, ciascuno rispondente alle rispettive norme di riferimento, combinati in vari modi previa verifica del corretto funzionamento della combinazione;
• SPG integrato (SPGI), ovvero SPG che prevede un’unica apparecchiatura integrata che svolga le funzioni di PG, TA, TO, TV, ciascuno rispondente alle rispettive norme di riferimento, per quanto applicabili.
La CEI 0-16 presenta inoltre alcune verifiche da effettuare, che coinvolgono i trasformatori/trasduttori con lo scopo di garantire la funzionalità del SPG nel campo di interesse delle grandezze di guasto.
Per utenze in media tensione, nella finestra Edita utenze si possono immettere fino a 5 tipologie diverse di dispositivi TA, TV, TO, utili a tradurre le grandezze all'ingresso (tensione o corrente) in un adeguato segnale per la protezione generale (PG).
Attivando la casella di spunta, si abilitano le sezioni dedicate al rispettivo trasformatore di protezione/misura. Cliccando quindi sul tasto [...] si apre la finestra proprietà TA/TV, dove è possibile l'editazione e la modifica dei parametri del trasduttore o l’importazione di quest’ultimo da archivio. In magliatura è poi segnalata, attraverso la loro designazione, la presenza e la quantità di trasformatori di protezione/misura associati all'utenza. I trasformatori amperometrici inseriti, in caso di guasto, devono essere in grado di generare a secondario un segnale proporzionale a quello in entrata che risulti attendibile ed elaborabile dalla protezione. Detti trasformatori possono essere caratterizzati da saturazione nell'eventualità di un non corretto dimensionamento del sistema di protezione generale (SPG), determinando così un’errata gestione degli interventi nei casi citati.
Per i trasformatori di corrente vi è la possibilità di specificare l’entità del carico collegato ai morsetti del secondario, costituito dal consumo del relè e dei cavi di collegamento di quest’ultimo. In questo modo le verifiche citate nella CEI 0-16 possono essere implementate correttamente, data la completezza dei dati forniti nella scheda.
Controllo linearità dei TA di protezione
Sono state implementate le due verifiche volte ad accertare o meno la bontà del segnale in uscita dai TA e/o TO induttivi secondo CEI 0-16. Nella prima sezione del pannello viene messo in evidenza il calcolo del Fattore limite di precisione effettivo (F’1), attraverso il quale è possibile determinare la corrente limite primaria, oltre cui il TA non garantisce più un comportamento lineare. Il calcolo viene ripetuto per ogni trasformatore di protezione presente nell’utenza; nel caso è indicato in rosso l’esito negativo di tale controllo, riferito al TA selezionato.
Nella seconda sezione del pannello, invece, è stata implementata la verifica del flusso di saturazione.
Per ogni TA, e per tutti i guasti che possono avere luogo (in funzione del tipo di circuito) nell'utenza selezionata, il software effettua l’analisi sopra citata. Una volta calcolato il flusso di funzionamento negli istanti prossimi al cortocircuito, viene valutato, istante per istante, se risulta superiore o meno al flusso di saturazione (caratteristica propria del TA in esame). Quando ciò accade la corrente tradotta a secondario è pari a zero e pertanto il segnale in uscita dal TA risulta distorto. Come si può notare dal grafico in figura, in blu viene tracciata la corrente in ingresso mentre in verde è rappresentata qualitativamente (ovvero non tenendo conto del rapporto di trasformazione) la corrente a secondario. Per quanto riguarda i TO, invece, la verifica del flusso si applica soltanto al guasto fase-terra.
La griglia rappresentata nella figura tiene conto dei risultati delle singole verifiche. In verde, rosso e giallo vengono segnalati rispettivamente gli esiti positivi, gli errori e le avvertenze.
Secondo CEI 0-16 si possono distinguere TA lineari da TA non lineari.
Nell'ipotesi di TA lineari (Classe 5P) se la saturazione avviene entro 10 ms dal guasto, l’affidabilità dell’accoppiamento TA-PG viene meno, il risultato dell’analisi è negativo e pertanto viene segnalato errore (ROSSO). Al contrario, nel caso in cui il TA lavori sempre in campo lineare o saturi dopo 10 ms, l’esito è positivo (VERDE). Tali considerazioni valgono anche per i TA automaticamente idonei citati dalla norma.
Nell'ipotesi di TA non lineari invece, in caso di esito negativo della verifica, viene generato un avvertimento (GIALLO) piuttosto che un errore. Infatti, seguendo quanto proposto dalla CEI 0-16, per i TA non lineari, le verifiche appena descritte non sono sufficienti ad assicurare il corretto impiego del trasformatore di protezione; sono altresì previste delle prove funzionali atte a certificare e garantire la bontà dell’accoppiamento TA-PG.
Analogamente a quanto detto per i TA, la CEI 0-16 definisce TO automaticamente idonei e TO non automaticamente idonei. La verifica a saturazione controlla che, per guasti monofase terra, il nucleo ferromagnetico non saturi dopo 100 ms (valore settabile). Il segnale in uscita dai trasformatori di corrente toroidali si può ritenere perciò affidabile per le protezioni (VERDE). Altrimenti, come per i TA non lineari, viene generato un avvertimento (GIALLO). La normativa infatti, anche sotto queste ipotesi, prevede che vengano portate a termine delle prove funzionali per garantire il corretto impiego del TO.
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