Nelle reti di distribuzione in media tensione, e in particolare sulle linee aeree, l'affidabilità di fornitura è un indicatore di performance fondamentale. Per far fronte a guasti transitori come le scariche indotte da fulmini e il contatto con la vegetazione, nonché ai guasti permanenti causati dall'invecchiamento delle apparecchiature, gli ingegneri hanno introdotto dispositivi di manovra automatizzati.
Tra questi, il richiusore e il sezionatore sono i due dispositivi più fondamentali e importanti, e il loro coordinamento costituisce il classico schema di Automazione delle Reti di Distribuzione (FA) in modalità locale.
Sezionatore Meccanico-Elettronico Trifase
1. Definizioni fondamentali e posizionamento del ruolo
Richiusore: un interruttore automatico intelligente con autoprotezione
Un richiusore è essenzialmente un interruttore automatico intelligente dotato di multiple operazioni di richiusura automatica. Integra in un'unica unità il corpo dell'interruttore, i sistemi di protezione, il meccanismo di manovra e il terminale di controllo. È in grado di rilevare autonomamente la corrente di guasto, intervenire, richiudere e bloccarsi, ed è capace di interrompere la corrente di cortocircuito (potere di interruzione tipico da 12,5 kA a 25 kA).
Il suo valore fondamentale risiede nella capacità di distinguere autonomamente i guasti transitori da quelli permanenti attraverso una logica di sequenza preimpostata di apertura-chiusura-apertura. In caso di guasto transitorio, come un fulmine, una richiusura andata a buon fine ripristina l'alimentazione. In caso di guasto permanente, dopo diversi tentativi di richiusura falliti, il dispositivo si blocca in posizione aperta e attende il ripristino manuale.
Sezionatore: un interruttore di manovra sotto carico intelligente
Un sezionatore è essenzialmente un interruttore di manovra sotto carico intelligente dotato di una funzione di memoria logica. È costituito dal corpo dell'interruttore di manovra sotto carico, un relè rilevatore di guasti (FDR) e un terminale di controllo. Non è in grado di interrompere la corrente di cortocircuito, ma può resistere alle sollecitazioni elettrodinamiche e termiche di un cortocircuito, e alcuni modelli sono in grado di chiudere in cortocircuito.
Il suo ruolo fondamentale è coordinarsi con il richiusore a monte, aprendosi automaticamente in caso di perdita di tensione o assenza di corrente, in modo da isolare con precisione la sezione in guasto permanente e confinare l'interruzione di servizio all'area più piccola possibile.
Riassunto in una frase della differenza fondamentale: il richiusore è responsabile dell'interruzione della corrente di guasto, mentre il sezionatore è responsabile dell'isolamento della sezione in guasto.
2. Confronto approfondito: differenze hardware e di capacità
| Caratteristica |
Riacccoppiatore |
Sezionatore |
| Natura del dispositivo |
Interruttore automatico intelligente |
Sezionatore sotto carico intelligente |
| Interruzione della corrente di corto circuito |
Sì (capacità principale) |
No |
| Chiusura della corrente di corto circuito |
Sì |
Alcuni modelli (chiudono ma non interrompono) |
| Resistenza agli sforzi elettrodinamici e termici da corto circuito |
Sì |
Sì |
| Protezione autonoma |
Sì (non richiede relè esterno) |
No (dipende dal coordinamento a monte) |
| Richiusura automatica |
Sequenza programmabile |
Nessuna |
| Posizione di installazione tipica |
Partenza in uscita dalla sottostazione, inizio della linea principale |
Ingresso della linea derivata, sezione centrale di linee lunghe |
| Riferimento di costo |
Più alto |
Circa da un terzo alla metà di un riacccoppiatore |
| Standard applicabili |
IEC 62271-1, IEC 62271-100, IEEE C37.60 |
IEC 62271-1, IEC 62271-200, IEEE C37.60 |
3. Logica principale: come i due dispositivi lavorano insieme
Il coordinamento tra riaccesori e sezionatori segue il principio del coordinamento in sequenza temporale. L'obiettivo è ripristinare l'intera linea in caso di guasto transitorio e isolare solo la sezione guasta in caso di guasto permanente. Due logiche di coordinamento sono di uso corrente.
Coordinamento di tipo Tensione-Tempo
Attualmente, questa è la modalità più comune. Il sezionatore prevede l'apertura in assenza di tensione e la chiusura ritardata al ripristino della tensione, regolata da due impostazioni temporali chiave.
Tempo X (ritardo di chiusura): il ritardo dal ripristino della tensione sul lato sorgente del sezionatore alla chiusura automatica di tale sezionatore, tipicamente da 7 s a 45 s (comunemente impostato in incrementi come 7 s, 14 s).
Tempo Y (tempo di rilevamento del guasto): se la tensione viene nuovamente persa entro il tempo Y dopo la chiusura del sezionatore, si stabilisce che la sezione contiene un guasto permanente; il sezionatore si apre e blocca la sua funzione di chiusura, tipicamente da 3 s a 10 s (comunemente 5 s).
Sequenza operativa per un guasto permanente:
- Si verifica un guasto → il riaccesore interviene → la tensione viene persa su tutta la linea → tutti i sezionatori si aprono automaticamente e si resettano.
- Prima richiusura del riaccesore (ritardo circa 15 s) → i sezionatori si chiudono in sequenza secondo i loro tempi X.
- Dopo che il sezionatore a monte della sezione guasta si chiude, la tensione viene nuovamente persa entro il tempo Y → quel sezionatore identifica la sezione guasta, si apre e si blocca.
- Dopo che il riaccesore interviene nuovamente, si richiude una seconda volta (ritardo circa 5 s) → i sezionatori nelle sezioni sane si chiudono in sequenza e ripristinano l'alimentazione; la sezione guasta rimane aperta perché bloccata, ottenendo così l'isolamento.
Coordinamento di tipo Conteggio Impulsi di Sovracorrente
Il sezionatore conta gli impulsi di corrente di cortocircuito che lo attraversano e, quando viene raggiunta la soglia preimpostata, si apre e si blocca durante un periodo di assenza di corrente.
Regola di impostazione chiave: il tempo di memoria del sezionatore deve essere superiore al Tempo Totale Accumulato (TAT) richiesto dal riaccesore a monte per completare la sua sequenza di richiusura completa. Se il tempo di memoria è troppo breve, il sezionatore potrebbe resettarsi prima che il riaccesore completi la sua sequenza e il coordinamento fallirà.
Sequenza operativa per un guasto permanente (soglia di conteggio = 2):
- Si verifica un guasto → il riaccesore interviene → conteggio del sezionatore +1.
- Prima richiusura del riaccesore → guasto ancora presente → il riaccesore interviene nuovamente → conteggio del sezionatore +1 (soglia raggiunta).
- Durante la finestra di assenza di corrente dopo il secondo intervento, il sezionatore si apre automaticamente e si blocca.
- Seconda richiusura del riaccesore → le sezioni sane vengono ripristinate e la sezione guasta viene isolata.
Nota: la soglia di conteggio del sezionatore deve essere sempre inferiore al numero di operazioni prima che il riaccesore si blocchi definitivamente. Ad esempio, se il riaccesore si blocca dopo 4 operazioni, impostare il sezionatore a 2 o 3.
4. Riferimento Parametri di Impostazione Tipici
| Parametro |
Valore tipico |
Osservazioni |
| Sequenza di funzionamento del richiusore |
Una rapida e due lente, oppure due rapide e due lente |
Operazioni rapide per guasti transitori; operazioni lente per il coordinamento con i dispositivi a valle |
| Tempo di intervento rapido del richiusore |
Da 0,05 s a 0,1 s |
Istantaneo, senza ritardo intenzionale |
| Tempo di intervento ritardato del richiusore |
Da 0,3 s a 1,0 s |
Operazione con ritardo temporale, che consente il coordinamento con i dispositivi a valle |
| Primo intervallo di richiusura |
Da 0,5 s a 5 s (tipicamente 15 s) |
Breve ritardo, utilizzato per ripristinare l'alimentazione dopo un guasto transitorio |
| Secondo intervallo di richiusura |
Da 5 s a 30 s (tipicamente 5 s) |
Ritardo più lungo, favorevole per la deionizzazione dell'arco |
| Tempo X del sezionatore |
Da 7 s a 45 s |
Impostato a passi in base al numero di sezioni |
| Tempo Y del sezionatore |
Da 3 s a 10 s (tipicamente 5 s) |
Finestra di rilevamento dei guasti |
| Soglia di conteggio del sezionatore |
Da 2 a 3 |
Deve essere inferiore al conteggio di blocco del richiusore |
| Tempo di memoria del sezionatore |
Da 15 s a 30 s |
Deve essere superiore al TAT del richiusore |
5. Perché non utilizzare esclusivamente i richiusori lungo l'intera linea di alimentazione?
- Costo: Un sezionatore costa circa un terzo o la metà di un richiusore. Su lunghe linee di alimentazione rurali o linee con molte diramazioni, l'uso di sezionatori per l'isolamento sezionale è considerevolmente più economico.
- Area di interruzione ridotta: Se si utilizzano esclusivamente richiusori lungo l'intera linea di alimentazione, un guasto su una diramazione farà scattare la linea principale. Attraverso il coordinamento tra richiusori e sezionatori, i guasti possono essere localizzati e isolati con precisione, e le aree sane rimangono inalterate.
- O&M semplificata: Un sezionatore ha una struttura semplice (interruttore di sezionamento sotto carico più controllore) e il suo costo di O&M è di gran lunga inferiore a quello di un richiusore (interruttore automatico più controllo complesso).
6. Sfida emergente: l'impatto delle risorse energetiche distribuite (DER)
Con l'aumento della penetrazione di risorse energetiche distribuite, come il fotovoltaico sui tetti e l'eolico, nelle reti di distribuzione estere, il tradizionale sistema FA di tipo tensione-tempo affronta nuove sfide.
- Il flusso di potenza inverso può causare un errore di giudizio sulla direzione del guasto da parte di un sezionatore o un fallimento nel rilevamento della perdita di tensione.
- La corrente di guasto bidirezionale può disturbare la logica dei sezionatori di tipo a conteggio.
Per le reti con un'alta penetrazione di DER, si raccomanda di adottare sezionatori adattivi, che combinano la logica tensione-tempo con il rilevamento direzionale dei guasti, o di migrare a uno schema FA centralizzato basato sulla comunicazione delle unità terminali di linea (FTU).
Modificato da: Garca
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