LA PROTEZIONE CONTRO LE SOVRATENSIONI NEGLI IMPIANTI FERROVIARI DI SEGNALAMENTO E TELECOMUNICAZIONE

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1 LA PROTEZIONE CONTRO LE SOVRATENSIONI NEGLI IMPIANTI FERROVIARI DI SEGNALAMENTO E TELECOMUNICAZIONE Introduzione La protezione contro le sovratensioni, rientra tra le prescrizioni per la sicurezza e deve essere coordinata con le altre misure di protezione secondo l utilizzazione e tenendo presenti le varie condizioni di influenze esterne. I livelli di isolamento e di immunità prescritti dalle norme e specifiche tecniche per le apparecchiature degli impianti ferroviari di segnalamento e telecomunicazione (denominati nel seguito impianti IS e TLC) sono riferiti alla propria tensione di alimentazione e, in zona di rispetto, a quella del sistema elettrico della trazione. Tali livelli non sono sufficienti ad assicurare anche la protezione contro le sovratensioni dovute a fulminazioni. Non potendo aumentare all infinito il livello di isolamento e di immunità delle apparecchiature sono state adottate misure addizionali per la protezione contro le sovratensioni, partendo dalle seguenti semplici considerazioni. 1. L alimentazione è effettuata con centraline dedicate e/o con separazione elettrica, pertanto gli impianti IS e TLC non sono soggetti a sovratensioni provenienti dalla rete. 2. E remota la probabilità di una fulminazione diretta degli impianti IS e TLC lungo linea, per la presenza delle rotaie e delle strutture della linea area di contatto del sistema di alimentazione della trazione elettrica che si comportano come un vero e proprio impianto di protezione contro i fulmini. NO NO a sovratensioni provenienti da rete a fulminazioni dirette in A Protezione mediante doppio isolamento e, in zona di rispetto TE, isolamento adeguato alla tensione nominale della linea di contatto A in B Protezione mediante separazione elettrica e/o doppio isolamento togliere i collegamenti di terra B d.d.p. tra A e B SI a differenze di potenziale (d.d.p.) tra gli impianti di terra SLIDE 1: Sovratensioni negli impianti IS e TLC e principali misure di protezione 1

2 3. Le sovratensioni riscontrabili sugli impianti IS e TLC sono legate alle forti correnti circolanti negli impianti di terra e nel terreno ad essi circostante, dovute a guasti a terra dei sistemi di alimentazione ad alta tensione (compreso il sistema elettrico della trazione) ed a fulminazioni (generalmente di strutture della trazione elettrica o vicine linee ad alta tensione). Tra gli impianti di terra, a cui fanno riferimento i diversi componenti dell'impianto IS o TLC, si possono avere pertanto notevoli differenze di potenziale (d.d.p.). Specifiche tecniche e circolari sulla protezione contro le sovratensioni Dato che le sovratensioni provengono da terra si stanno adottando per la protezione contro le sovratensioni, almeno per gli impianti di segnalamento e telecomunicazione essenziali alla regolarità dell'esercizio ferroviario, tutti quegli accorgimenti circuitali e costruttivi, previsti dalle Norme CEI, che ci permettono di non collegarli ad un impianto di terra. Documento base: IS 728/99: "Provvedimenti di protezione concernenti la sicurezza elettrica e la messa a terra negli impianti di categoria 0 (zero) e I (prima) su linee di trazione elettrica a corrente continua a 3000 V e linee ferroviarie non elettrificate" RFI/TC.SS/009/523 del 11/12/02 RFI/DTCA001/P/2006/ del 04/05/2006 "Protezione contro le sovratensioni dell'alimentazione degli impianti di sicurezza e segnalamento" "Sistemi di Alimentazione e Protezione degli impianti di Segnalamento e Telecomunicazione delle linee AV/AC" SIAP ALIMENTAZIONE SEPARAZIONE DISTRIBUZIONE UTENZE ESSENZIALI LOGICA APPARATO collegamenti equipotenziali non connessi all'impianto di terra ENTI di CAMPAGNA e di LINEA impianto di terra del posto tecnologico IS-TLC 017 del 03/06/05 (Appendice n. 1 alla Specifica IS 728) RFI/TC.SS.TB/009/318 del 03/10/2006 Modalità di realizzazione dei collegamenti tra i vari componenti degli impianti di copertura radio delle gallerie ferroviarie Protezione contro le sovratensioni dei sistemi di Controllo e di Distanziamento dei treni" Disposizioni integrative per la protezione contro le sovratensioni di apparati e impianti RFI-DTC-DNS\A0011\P\2007\ del 22/11/2007 SLIDE 2: Specifiche tecniche e circolari sulla protezione contro le sovratensioni [1] Specifica Tecnica IS 728 del 01/06/99 "Provvedimenti di protezione concernenti la sicurezza elettrica e la messa a terra negli impianti di categoria 0 (zero) e I (prima) su linee di trazione elettrica a corrente continua a 3000 V e linee ferroviarie non elettrificate" La specifica IS 728 dà disposizioni per una corretta messa a terra, sia nel rispetto della Norma CEI EN (CEI 9-6), sia per creare le migliori condizioni impiantistiche per la protezione contro le sovratensioni, limitando per quanto è possibile l entità dei potenziali di 2

3 terra (miglioramento degli impianti di terra) e riducendo le differenze di potenziale fra masse e componenti dello stesso impianto (equipotenzialità degli impianti di terra e delle masse), dovute soprattutto a fulminazioni. L'articolo della specifica richiama la necessità di adottare adeguate misure (unico impianto di terra, misure di protezione che non richiedono la messa a terra, ecc.) per evitare che componenti degli impianti o delle apparecchiature, in particolare IS e TLC, abbiano riferimenti ad impianti di terra che possono assumere potenziali diversi. Vieta espressamente l utilizzo di scaricatori tra parti attive e terra: l intervento di tali dispositivi riduce fortemente l impedenza verso terra degli apparecchi favorendo così una circolazione di corrente di fulmine o di guasto a terra dei sistemi ad alta tensione (compreso il sistema di alimentazione della trazione) che può essere causa di danno agli apparecchi stessi e/o alle persone. Per gli impianti di categoria I (prima) la specifica richiama l applicazione dell art della Norma CEI 9-6: La rete ferroviaria deve essere separata, con un trasformatore ad avvolgimenti separati, dal sistema di alimentazione pubblica. Specifica Tecnica IS 728 "Provvedimenti di protezione concernenti la sicurezza elettrica e la messa a terra negli impianti di categoria 0 (zero) e I (prima) su linee di trazione a continua a 3000 V e linee ferroviarie non elettrificate" * Separazione elettrica dalla rete pubblica * Evitare riferimenti a potenziali diversi "Devono essere adottate adeguate misure (unico impianto di terra, metodi di protezione che che non richiedono la messa a terra, ecc.) per evitare che componenti degli impianti o delle apparecchiature, in particolare IS e TLC, abbiano riferimenti ad impianti di terra che possono assumere potenziali diversi." (Art ) SLIDE 3: IS 728 del 01/06/99 In applicazione della IS 728 è stata emessa successivamente la circolare: [2] Circolare RFI/TC.SS/009/523 del 11/12/02 "Protezione contro le sovratensioni dell'alimentazione degli impianti di sicurezza e segnalamento" Il sistema di alimentazione costituisce l interfaccia tra la rete di distribuzione e le utenze essenziali all'esercizio ferroviario, principalmente con le seguenti funzioni: assicurarne l alimentazione in caso di mancanza della tensione di rete; 3

4 proteggerli dalle microinterruzioni e dai buchi di rete; proteggerli dalle sovratensioni provenienti dalla rete; alimentarli con tensioni di qualità (ampiezza e frequenza costanti, bassa distorsione armonica, ecc.). Una particolare cura è stata svolta nella ricerca, oltre che della qualità dei componenti utilizzati, di configurazioni del sistema che assicurano l alimentazione degli impianti in condizioni critiche di esercizio e tenendo presente la crescente diffusione di impianti tecnologicamente avanzati (SCC, SCMT, ACC, ecc.) su tutta la rete ferroviaria. Si è cercato di traguardare la massima disponibilità dell alimentazione: il guasto di un componente non deve in nessun caso portare ad un fermo macchina dell intero sistema di alimentazione. Al fine di non inficiare la protezione contro le sovratensioni del sistema di alimentazione la circolare prescrive, in particolare, la separazione elettrica delle utenze. Successivamente, tale prescrizione è stata estesa alle linee AV/AC. [3] Circolare RFI/DTCA001/P/2006/ del 04/05/2006 "Sistemi di Alimentazione e Protezione degli impianti di Segnalamento e Telecomunicazione delle linee AV/AC" barra rete / GE Ramo c.a. n V trifase + N Ramo c.a. n. 2 Ramo c.a. n. 3 RFI/TC.SS/009/523 del 11/12/02 Protezione contro le sovratensioni dell'alimentazione degli impianti di sicurezza e segnalamento Ramo c.c. utenze locali quadro utenze privilegiate RFI/DTCA001/P/2006/ del 04/05/2006 Sistemi di Alimentazione e Protezione degli impianti di Segnalamento e Telecomunicazione delle linee AV/AC 400 V trifase + N by-pass sistema barra di continuità 144 Vcc antincendio condizionamento Separazione delle utenze quadro B.A. linea distribuzione B.A. 48 Vcc alimentazione controllo manovra enti piazzale quadro di trasformazione e distribuzione 24 Vcc c.d.b. segnali 150 Vca 80 Vca impianti controllo RTB ATN SCC CTC, ecc. P.L. deviatoi CABINA CAMPAGNA scaldiglie tramite trasformatori a specifica IS 365 SLIDE 4: Sistema di Alimentazione e Protezione (SIAP) L alimentazione di qualsiasi utenza dalla barra di continuità o dalla barra rete/ge è fatta tramite separazione elettrica, con un trasformatore ad avvolgimenti separati, in modo da: - portare l isolamento delle utenze allo stesso livello di quello richiesto per il sistema di alimentazione; - separare elettricamente le diverse utenze, in modo da circoscrivere guasti o funzionamenti anomali all'utenza guasta; 4

5 - e, per le utenze essenziali alla circolazione ferroviaria, realizzare la protezione mediante separazione elettrica dell'utenza alimentata. [4] Circolare RFI/TC.SS.TB/009/318 del 03/10/2006 "Protezione contro le sovratensioni dei sistemi di Controllo e di Distanziamento dei treni" Per quanto detto nell'introduzione, i Sistemi di Controllo e di Distanziamento dei treni, nel seguito denominati sistemi IS, sono alimentati con centraline dedicate e, pertanto, non sono soggetti a sovratensioni provenienti dalla rete di distribuzione. E remota la probabilità di una loro fulminazione diretta per la presenza delle rotaie e delle strutture della linea area di contatto. Di conseguenza, le sovratensioni riscontrabili sui sistemi IS sono in genere legate alle forti correnti circolanti negli impianti di terra. Pertanto, le misure che realizzano le migliori condizioni per la protezione dei sistemi IS contro le sovratensioni si basano essenzialmente sui seguenti punti: a) Separazione elettrica dei componenti del sistema IS dalla rete pubblica e fra loro, al fine di evitare che abbiano riferimenti ad impianti di terra che possono assumere potenziali diversi. b) Isolamento da terra. La protezione, ai fini della sicurezza elettrica, mediante separazione elettrica e/o componenti di classe II, con l isolamento da terra anche delle masse, permette di aumentare in maniera considerevole le caratteristiche d isolamento delle apparecchiature, contribuendo inoltre a rompere le diverse spire di terra (percorsi interessanti gli impianti di terra con richiusura sulle apparecchiature connesse) che si possono avere tra i vari componenti. c) Non impiego di scaricatori verso terra su tutte le parti attive costituenti i sistemi IS. Barra di continuità collettore di terra Quadro trasformazione distribuzione * * Apparecchiatura di cabina Apparato di Sicurezza Protezione mediante separazione elettrica e/o doppio isolamento Locale centralina CAMPAGNA CABINA * * Dispositivo di campagna Linea di trasmissione SLIDE 5: Sistemi di Controllo e Distanziamento dei treni Apparecchiatura di linea Periferica remota binario *Interfacciamenti tramite separazione elettrica Vietato l uso di scaricatori nei sistemi 5

6 [5] Specifica Tecnica IS-TLC 017 del 03/06/05 (Appendice n. 1 alla specifica IS 728). Modalità di realizzazione dei collegamenti tra i vari componenti degli impianti di copertura radio delle gallerie ferroviarie A titolo di esempio di piena applicazione della specifica tecnica IS 728 si riportano le misure contro le sovratensioni adottate negli impianti di radio propagazione per le gallerie ferroviarie, tutte tendenti naturalmente ad eliminare qualsiasi riferimento a terra. 1) In arrivo della linea di distribuzione, un trasformatore di isolamento realizza la prescritta separazione elettrica dalla rete (dato che tali impianti non sono alimentati generalmente da centraline dedicate lato rete). L'armadio contenitore in materiale isolante evita la messa a terra del trasformatore anche se è di classe I: l isolamento supplementare del contenitore realizza la protezione mediante doppio isolamento. 2) L'area shelter (in rosso) corrisponde al sistema di protezione mediante collegamento equipotenziale locale non connesso a terra. 3) Ogni uscita verso l'esterno (in blu) è realizzata per separazione elettrica e/o doppio isolamento: - trasformatore in doppio isolamento sulla linea di alimentazione dell'apparecchiature in galleria; - fibre ottiche; - traslatori sulla coppia telefonica; - dispositivo disaccoppiatore sia verso il cavo radiante che verso l'antenna. 4) In galleria: - isolamento del cavo radiante/disaccoppiatore (> 6 kv in ambiente c.c.; > 40 kv in ambiente c.a.), adeguato alla tensione della linea di contatto; - doppio isolamento dei trasformatori di alimentazione delle apparecchiature. 3 kv cc linea di contatto GALLERIA circuito di protezione TE fascio di fibre ottiche RETE MEDIA TENSIONE armadio trasformatore cavo radiante fascio di fibre ottiche coppia telefonica terra di protezione TE terra RETE kwh Sistema TT (punto di consegna) linea di alimentazione AREA SHELTER quadro di distribuzione L1 L2 L3 N altre utenze 230 Vca batteria convertitore elettroottico modem banda base terra palo metallico collegamento equipotenziale SHELTER disaccoppiatore RF attivo disaccoppiatore RF passivo giunto prese a parete condizionatore stazione energia apparato radio SLIDE 6: Impianto di radiopropagazione per gallerie ferroviarie 6

7 [6] Circolare RFI-DTC-DNS\A0011\P\2007\ del 22/11/2007 "Disposizioni integrative per la protezione contro le sovratensioni di apparati e impianti" La differenza sostanziale tra queste disposizioni e quelle della circolare sulla "Protezione contro le sovratensioni dei sistemi di Controllo e di Distanziamento dei treni" consiste nella possibilità di applicare la separazione elettrica e la misura di protezione mediante separazione elettrica in modo cumulativo alle apparecchiature delle utenze essenziali dello stesso settore o, nei piccoli impianti o in quelli già realizzati, all'intero apparato. La circolare estende inoltre la IS 728 alle linee AC/AV. Applicazione della misura di protezione mediante separazione elettrica in modo cumulativo alle apparecchiature delle utenze essenziali dello stesso settore o, nei piccoli impianti o in quelli già realizzati, all intero apparato. Estensione della IS 728 alle linee AC/AV. SLIDE 7: Protezione contro le sovratensioni degli apparati E, per concludere, è necessaria la formazione di persone elettricamente addestrate (personale RFI e Ditte). E necessaria la FORMAZIONE DI PERSONE ELETTRICAMENTE ADDESTRATE (personale RFI e Ditte) SLIDE 8: Formazione Roma, 22 novembre 2007 Appunti di Elia Tartaglia - Direzione Tecnica 7

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