Applicazione dei dispositivi di protezione contro correnti residue con riacceso automatico nella protezione dai fulmini per alimentazioni di comunicazione

1. Problemi di interruzione dell'energia elettrica causati da falsi scatti del DR durante i fulmini

Un circuito tipico di alimentazione per la comunicazione è mostrato nella Figura 1. Un dispositivo residuo corrente (DR) è installato all'ingresso dell'alimentazione. Il DR fornisce principalmente protezione contro le correnti di fuga degli apparecchi elettrici per garantire la sicurezza personale, mentre dispositivi di protezione contro le sovratensioni (SPD) sono installati sui rami di alimentazione per proteggere dalle intrusioni dei fulmini. Quando si verificano i colpi di fulmine, i circuiti sensori possono indurre correnti d'impulso non bilanciate e correnti di modalità differenziale. Quando la corrente in modalità differenziale supera la soglia di scatto del DR, si verifica un falso funzionamento. Inoltre, se la corrente di fuga dell'apparecchiatura di comunicazione è vicina alla soglia di scatto, il flusso magnetico non bilanciato durante le stagioni piovose può facilmente causare falsi scatti del DR.

La corrente del fulmine è una corrente transitoria che può generare un singolo impulso o più impulsi. Le correnti che passano attraverso i dispositivi di protezione contro le sovratensioni F1 e F2 sono rispettivamente I1 e I2. Spesso I1 non è uguale a I2, causando interferenze in modalità differenziale. Quando l'interferenza in modalità differenziale supera il valore operativo della corrente residua del DR, il protettore scatta, il circuito si disconnette, l'apparecchiatura di comunicazione smette di funzionare e viene richiesto il ripristino manuale dell'energia. Le stazioni di comunicazione sono principalmente senza sorveglianza; quando si verificano colpi di fulmine in una regione, alcune stazioni di comunicazione possono perdere l'energia e non possono ripristinare le comunicazioni in breve tempo. Pertanto, questo problema deve essere risolto.

2. Principio di funzionamento del dispositivo di protezione residuo corrente con riaccensione automatica

La riaccensione automatica è un metodo efficace per risolvere i problemi di interruzione dell'energia elettrica causati dai falsi scatti del DR. La riaccensione automatica è comunemente utilizzata nei sistemi di energia ad alta tensione e ha ottenuto risultati eccellenti. Tuttavia, per motivi di sicurezza, non è ancora stata ampiamente promossa nei sistemi di energia civile a bassa tensione. I sistemi di comunicazione cinesi hanno iniziato a utilizzarla negli ultimi anni e hanno stabilito lo standard: YD/T 2346-2011 "Condizioni tecniche per dispositivi di protezione residuo corrente con riaccensione automatica per le telecomunicazioni", con effetti applicativi significativi.

Quando un fulmine causa un falso scatto del DR e la disconnessione del circuito, il dispositivo di protezione residuo corrente con riaccensione automatica chiude automaticamente l'interruttore. Poiché la corrente del fulmine è transitoria, dopo il passaggio del fulmine, I1≈I2, la riaccensione ha successo, l'energia elettrica viene ripristinata e le comunicazioni vengono riprese.

La riaccensione automatica è condizionale e deve considerare la sicurezza e altri fattori. Esistono due metodi di riaccensione automatica: uno rileva le condizioni di corrente di fuga per decidere se riaccendere; l'altro riaccende automaticamente senza rilevazione.

Il dispositivo di riaccensione automatica con rilevazione automatica di guasti di fuga L-PE (qui di seguito definito riaccomiatatore di rilevazione) è composto da un meccanismo di azionamento elettrico, un circuito di controllo, un circuito di rilevazione e un'interfaccia di uscita. Il circuito di rilevazione lavora con il riaccomiatatore e, sotto l'operazione del circuito di controllo del riaccomiatatore, completa la rilevazione e decide se riaccendere in base ai risultati della rilevazione. Il circuito di rilevazione si collega alle linee di fase del DR, alla linea PE, alle resistenze di terra Re1 e Re2, e alla linea neutra N del trasformatore, formando un anello attraverso le linee di fase, la linea PE, le resistenze di terra Re1 e Re2, la linea neutra N del trasformatore e il circuito di rilevazione.

La linea PE del circuito di rilevazione non necessita di connettersi agli involucri degli apparecchi, come mostrato specificatamente nella Figura 2; alternativamente, un anello può essere formato attraverso le linee di fase, l'involucro dell'apparecchio e la linea PE, richiedendo che la linea PE del circuito di rilevazione del riaccomiatatore si connetta all'involucro dell'apparecchio, come mostrato specificatamente nella Figura 3. Quando il DR scatta, i circuiti di rilevazione di fuga del riaccomiatatore sono rispettivamente a-PE, b-PE, c-PE. Il segnale del circuito di rilevazione può essere sia DC che AC, con tensione non superiore a 24V.

3. Principali requisiti di prestazione

La funzione di protezione residuo corrente affronta i problemi di sicurezza, mentre la riaccensione automatica risolve i problemi di interruzione dell'energia elettrica causati dai fulmini. YD/T 2346-2011 "Condizioni tecniche per dispositivi di protezione residuo corrente con riaccensione automatica per le telecomunicazioni" considera alcuni parametri come segue.

La funzione di riaccensione automatica deve bilanciare la continuità dell'energia elettrica e i fattori di sicurezza.

(1) Numero di tentativi di riaccensione Dal punto di vista dell'utente, più tentativi di riaccensione sono meglio; dal punto di vista della sicurezza, meno tentativi sono meglio. Per i prodotti di riaccensione automatica che riaccendono automaticamente senza rilevare la corrente di fuga, lo standard permette fino a tre tentativi di riaccensione automatica.

(2) Intervallo di tempo di riaccensione Dal punto di vista dell'uso dell'energia, un intervallo di tempo zero sarebbe ideale; dal punto di vista della sicurezza, deve essere sufficientemente lungo. Lo standard specifica: Se il protettore non dispone di capacità di rilevazione di fuga post-disconnessione, il dispositivo di protezione residuo corrente deve riaccendere automaticamente una volta 20~60 secondi dopo lo scatto; se non riesce, ritardare di 15 minuti per il secondo tentativo di riaccensione; se il secondo tentativo fallisce, ritardare ulteriormente di 15 minuti per il terzo tentativo di riaccensione; se il terzo tentativo fallisce, non è permessa ulteriore riaccensione.

(3) Tensione di rilevazione La tensione di rilevazione è anche un parametro importante di sicurezza che non può essere troppo alta. Lo standard specifica: Se il protettore dispone di capacità di rilevazione di fuga post-disconnessione, si applicano i seguenti requisiti: 

• Se tre tentativi di riaccensione falliscono entro 1 minuto, non è permessa ulteriore riaccensione. 

• Tensione di rilevazione ≤24V.

(4) Capacità di resistenza ai fulmini Il protettore può contenere determinati circuiti elettronici e deve avere una capacità di resistenza ai fulmini adeguata; altrimenti, non può essere utilizzato. La norma specifica: Il dispositivo di protezione contro la corrente residua deve avere una capacità di resistenza sufficiente per le correnti d'impulso al suolo che passano attraverso carichi capacitivi e attraverso l'equipaggiamento a causa di un guasto. I dispositivi di protezione contro la corrente residua a ritardo devono avere un'immunità sufficiente contro il falso scatto causato dalle correnti d'impulso al suolo dovute al guasto dell'equipaggiamento.

Un'onda combinata 1.2/50μs (8/20μs), con un impulso di tensione di 2kV applicato tra le linee di alimentazione (L-N), non dovrebbe causare un falso scatto. Un'onda 1.2/50μs, con un impulso di tensione di 4kV applicato tra le linee di alimentazione (L-N), non dovrebbe danneggiare il campione, che dovrebbe continuare a funzionare normalmente.

Quando una corrente di fulmine di 8/20μs, 20kA fluisce tra la linea di alimentazione L e N, con dispositivi di protezione contro gli impulsi aggiuntivi installati, il campione dovrebbe funzionare normalmente senza subire danni.

4. Conclusioni e raccomandazioni

I dispositivi di protezione contro la corrente residua con riaccollo automatico possono risolvere efficacemente i problemi di interruzione dell'alimentazione causati dai fulmini, migliorare la capacità di resistenza ai fulmini dei sistemi di comunicazione e sono sicuri e affidabili. Rappresentano un mezzo efficace per migliorare la capacità di protezione contro i fulmini dei sistemi di comunicazione.