Sintesi dei risultati di prova sui rilevatori di tensione a distanza e a contatto.

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1 Sintesi dei risultati di prova sui rilevatori di tensione a distanza e a contatto. novembre 2006 Progetto RdS Trasmissione e distribuzione

2 Rapporto TTD Tecnologie T&D Approvato Pag. 1/22 Committente Ministero dello Sviluppo Economico Oggetto Sintesi dei risultati di prova sui rivelatori di tensione a distanza e a contatto Contratto Note Accordo di programma ai sensi dell art. 3 comma 2 del DM 23 Marzo 2006 per le attività di ricerca e sviluppo di interesse generale per il sistema elettrico. TRASMISSIONE E DISTRIBUZIONE - WP 2.1 Sviluppo di metodi innovativi di manutenzione sotto tensione. PUBBLICATO (PAD ) La parziale riproduzione di questo documento è permessa solo con l'autorizzazione scritta del CESI RICERCA. N. pagine 20 N. pagine fuori testo - Data 28 Dicembre, 2006 Elaborato TTD Leva U. Ugo Leva (TTD) AUT Mod. RAPP v. 05 Verificato Approvato Approvato TTD Valagussa C. Valagussa Claudio (TTD) VER TTD C. Cherbaucich Cherbaucich Claudio (TTD) APP CESI RICERCA S.p.A. Via R. Rubattino Milano - Italia Telefono Fax Capitale sociale Euro interamente versato Registro Imprese di Milano, C.F. e P.IVA N. R.E.A ISO 9001: 2000 CH-32919

3 Rapporto TTD Tecnologie T&D Approvato Pag. 2/22 Indice SOMMARIO INTRODUZIONE PROGRAMMA DELL ATTIVITÀ SPERIMENTALE MISURA DELLA TENSIONE DI SOGLIA VERIFICA DELL INDICAZIONE DI TENSIONE VERIFICA DELLA DIREZIONALITÀ INFLUENZA DI UN CAMPO INTERFERENTE IN FASE INFLUENZA DI UN CAMPO INTERFERENTE IN OPPOSIZIONE DI FASE INFLUENZA DI UNA TENSIONE INTERFERENTE RISULTATI DELL ATTIVITÀ SPERIMENTALE CONCLUSIONI BIBLIOGRAFIA Copyright 2006 by CESI RICERCA. All rights reserved - Activity code 1466I

4 Rapporto TTD Tecnologie T&D Approvato Pag. 3/22 STORIA DELLE REVISIONI Numero Data Protocollo Lista delle modifiche e/o dei paragrafi modificati revisione 0 28/12/ Prima emissione SOMMARIO Il presente Rapporto descrive le attività di Ricerca di Sistema svolte nell ambito del progetto Trasmissione e Distribuzione, W.P. 2.1 Sviluppo di metodi innovativi di manutenzione sotto tensione. Volte a verificare l applicabilità delle Norma di prodotto dei rivelatori a contatto a quelli a distanza, sia in termini di prescrizioni che di prove di collaudo, e di reperire quindi informazioni necessarie per la stesura di una norma dedicata alla nuova tipologia di rivelatori o che comprenda entrambe le tipologie. I rivelatori di tensione sono dispositivi atti a rilevare la presenza o meno della tensione su sistemi elettrici. Il loro impiego è utile per garantire la sicurezza del personale che effettua manutenzione su linee e stazioni elettriche, sia fuori tensione che con tecniche di manutenzione sotto tensione. Sui sistemi elettrici a tensione alternata oggigiorno i rivelatori di tensione maggiormente utilizzati sono quelli di tipo capacitivo a contatto. Sono di dimensioni e di peso ridotto e si utilizzano generalmente fissati a ad un estremo di un asta isolante che permette di raggiungere una parte dell installazione da verificare. I requisiti dei rivelatori di tensione capacitivi a contatto sono specificati, assieme alle prove di collaudo necessarie a verificarli, nella norma CEI EN , valida per dispositivi atti ad essere impiegati in sistemi elettrici con tensione nominale da 1 kv a 765 kv. Negli ultimi anni sono stati sviluppati, e sono disponibili in commercio, rivelatori di tensione capacitivi che vanno utilizzati a distanza, quindi con entrambi gli elettrodi della sonda capacitiva a potenziale flottante. Tali dispositivi si trovano a lavorare in zone a campo elettrico di intensità generalmente inferiore rispetto a quello che caratterizza il funzionamento dei rivelatori a contatto. Devono quindi avere una sensibilità maggiore e potrebbero di conseguenza essere maggiormente influenzati da campi elettrici generati da elettrodi diversi da quello sul quale si vuole verificare la presenza o meno di tensione. Esempi di rivelatore capacitivo a contatto e a distanza reperibili in commercio

5 Rapporto TTD Tecnologie T&D Approvato Pag. 4/22 Nell ambito della attività di ricerca descritte nel presente Rapporto e svolte nel corso del 2006 si è proceduto innanzitutto alla individuazione e al reperimento di rivelatori di entrambe le tipologie di rivelatori di tensione. Su di essi sono state effettuate, utilizzando le configurazioni previste dalla norma CEI EN e una configurazione alternativa, prove comparative per la verifica del funzionamento di entrambe le tipologie di dispositivi, quali la verifica della soglia di intervento e l influenza di tensioni e campi interferenti. Particolare attenzione è stata posta nella verifica, nel caso di rivelatori a distanza, del comportamento dei medesimi al variare dei parametri che ne caratterizzano l utilizzo, quali la distanza dall elettrodo in tensione e l orientamento del dispositivo rispetto all elemento in tensione da verificare. Configurazioni di prova per la verifica dell influenza della distanza e della direzione rispetto all elettrodo da verificare sulla tensione di soglia L attività svolta ha permesso una completa caratterizzazione del comportamento delle tipologie di rivelatori di tensione a distanza che sono stati reperiti e di raccogliere le informazioni che potranno costituire la base per la definizione di una norma ad essi applicabile. Le informazioni potranno essere integrate con quelle ricavabili da prove su altre tipologie costruttive di rivelatori a distanza. Rivelatore capacitivo a distanza Verifica della tensione di soglia con "d" 50 cm Tensione (kv) kv 132 kv Distanza (cm) Esempio di rilievi della tensione di soglia al variare del disassamento del rivelatore rispetto all elettrodo in tensione

6 Rapporto TTD Tecnologie T&D Approvato Pag. 5/22 1 INTRODUZIONE Anche a seguito della diffusione dei lavori di manutenzione sotto tensione si sono resi necessari dispositivi in grado di identificare le parti in tensione e non di un impianto. A tale scopo sono stati messi a punto degli strumenti chiamati rivelatori di tensione capacitivi per l utilizzo a distanza, i quali non hanno quindi nessun contatto fisico con il circuito da esaminare. Data l importanza del compito al quale sono chiamati i rivelatori di tensione, essi devono determinare senza ombra di dubbio la presenza o l assenza della tensione sull impianto in esame. L affidabilità di un rivelatore di tensione capacitivo dipende dalla configurazione fisica ed elettrica nelle vicinanze dell installazione, e dalla tensione di soglia impostata in in fabbrica dal Costruttore. Proprio la dipendenza dalla geometria del circuito e dalla configurazione dei campi elettrici fa si che la tensione di soglia impostata in fabbrica non dia garanzia dell equivalenza in campo. Attualmente non esiste una Norma di prodotto per il collaudo di questo tipo di prodotto. Presso i laboratori CESI RICERCA sono state eseguite delle prove per verificare l affidabilità dei rilevatori di tensione utilizzati a distanza. Come base di partenza per l esecuzione delle prove si è presa la Norma attualmente in vigore per il collaudo dei rivelatori capacitivi a contatto, la IEC Ed. II ( ) Live working Voltage detectors - Part 1: Capacitive type to be used for voltages exceeding 1 kv a.c.. [1] La Norma è stata recepita a livello nazionale come CEI EN [2] In questa prima fase sperimentale si sono eseguite esclusivamente prove di tipo elettrico. Si è ritenuto che le prove di tipo meccanico previste dalla Norma IEC fossero interamente applicabili ai rivelatori a distanza in quanto costruttivamente molto simili ai rivelatori a contatto.

7 Rapporto TTD Tecnologie T&D Approvato Pag. 6/22 2 PROGRAMMA DELL ATTIVITÀ SPERIMENTALE In tabella n. 1 viene riportato l elenco delle prove eseguite secondo le modalità della Norma IEC , nei mesi di Ottobre e Novembre, 2006 presso i laboratori di CESI RICERCA. Le prove sono state eseguite su due tipi di rivelatore a distanza e su un tipo di rivelatore di tensione a contatto senza estensione, categoria L (figura n. 1, 2 e 3). Figura n.1 Figura n. 2 Figura n. 3 Rivelatore di tensione capacitivo a distanza n. 2 Rivelatore di tensione capacitivo a contatto n. 1 Rivelatore di tensione capacitivo a distanza n. 3 Per le prove eseguite sui rivelatori a distanza si sono usate gli schemi di prova previsti per i rilevatori a contatto senza estensione. Questa scelta è stata fatta considerando le caratteristiche di funzionamento del rivelatore di tensione a distanza. Se ne ipotizza infatti il solo uso a condizione che la distanza alla quale si porta il medesimo dalla parte in misura sia di molto inferiore alla distanza dalle parti a terra o da parti in tensione circostanti. Questo tipo di utilizzo lo rende molto simile nell impiego al rivelatore di tensione a contatto senza estensione. Tutte le prove sono state effettuate alla frequenza di 50 Hz. Per quello che riguarda i dettagli delle prove effettuate si rimanda al Rapporto di Prova CESI RICERCA [3] Elenco delle prove eseguite Paragrafo Norma IEC Misura della tensione di soglia Verifica dell indicazione di tensione Non prevista dalla Norma IEC Verifica della direzionalità Non prevista dalla Norma IEC Influenza di un campo interferente Influenza di un campo interferente in opposizione di fase Influenza di una tensione interferente Tabella n. 1

8 Rapporto TTD Tecnologie T&D Approvato Pag. 7/ Misura della tensione di soglia La misura è stata eseguita utilizzando la configurazione di prova prevista dalla Norma IEC (figura n. 4 e 5). Figura n. 4 Figura n. 5 Rivelatore a contatto Rivelatore a distanza Il montaggio di prova è illustrato nelle figure n. 6 e 7. La verifica è stata eseguita applicando una tensione alternata di valore crescente avente la frequenza di 50 Hz fino al verificarsi dell intervento del rivelatore. H = 3600 mm d = 200 mm D = 1050 mm a e = 1000 mm Figura n. 6

9 Rapporto TTD Tecnologie T&D Approvato Pag. 8/22 Figura n. 7 Rivelatore tipo Distanza cm Tensione nominale kv Tensione di intervento U t misurata kv n (*) n. 2 2,5 275 (^) non intervento (*) ,5 132 ( ) non intervento n Note: (*) distanza nominale consigliata indicata sul libretto di istruzioni del rivelatore a distanza. (^) la misura è stata eseguita per verificare l intervento al 10% della tensione nominale. L intervento si è verificato con un valore di tensione di 55 kv. ( ) la misura è stata eseguita per verificare l intervento al 10% della tensione nominale. L intervento si è verificato con un valore di tensione di 25 kv. Come si vede dalla tabella le caratteristiche di funzionamento del rivelatore a contatto e quelle del rivelatore a distanza n. 3 sono risultate conformi a quanto indicato dalla Norma IEC Per quello che concerne il rivelatore a distanza della n. 2, la tensione di intervento è risultata fortemente influenzata dalla distanza del rivelatore dal punto di misura (figura n. 8).

10 Rapporto TTD Tecnologie T&D Approvato Pag. 9/22 Tensione di soglia in funzione della distanza Tensione (kv) Distanza (cm) n kv n kv n Verifica dell indicazione di tensione Figura n. 8 La prova è stata eseguita solo sui rivelatori a distanza. Il circuito di prova è mostrato nelle figure n.9.e 10 e nella figura n. 11. Figura n. 9 Figura n. 10 Rivelatore n. 2 Rivelatore n. 3

11 Rapporto TTD Tecnologie T&D Approvato Pag. 10/22 Figura n.11 Come si vede dalla figura n. 11 e dalle figure n. 9 e 10 in questa prova è stata inserita una nuova variabile oltre alla distanza dal punto da misurare, il disassamento del rivelatore. Rivelatore tipo n. 2 n. 3 Tensione nominale kv D Distanze Vedi fig. 11 d Tensione di intervento U t misurata kv

12 Rapporto TTD Tecnologie T&D Approvato Pag. 11/22 Il rivelatore n. 3 è risultato conforme alle specifiche richieste. Anche in questo caso il rivelatore n. 2 a parità di distanza dal punto in tensione è stato influenzato dal disassamento nel valore di tensione di intervento (figura n. 12). Tensione di intervento in funzione di "d" per D=50 cm 200 Tensione (kv) n kv n kv Distanza "d" (cm) Figura n Verifica della direzionalità Non è una prova prevista dalla Norma IEC La prova molto simile nello scopo e nei risultati a quella del punto precedente è stata eseguita solo sui rivelatori a distanza. In questo caso si è usata una configurazione di prova che simulasse un conduttore rigido (figura n. 13 e 14). Figura n. 13 Figura n. 14 Rivelatore n. 2 n. 3

13 Rapporto TTD Tecnologie T&D Approvato Pag. 12/22 Lo schema di collegamento è illustrato in figura n. 15. I risultati sono riportati nelle tabelle nel seguito. Figura n.15 Rivelatore tipo n. 2 Tensione nominale kv Tensione applicata Distanze Vedi fig. 4 kv D d Intervento si/no si si si si si si si si si si si si

14 Rapporto TTD Tecnologie T&D Approvato Pag. 13/22 Rivelatore tipo n. 3 Tensione nominale kv Tensione applicata Distanze Vedi fig. 4 kv D d Intervento si/no si si si si si si si si si si si si si si si si si si Il rivelatore n. 3 è intervenuto sempre in maniera corretta con valori di tensione superiori al 10% di Ur (rated voltage). Anche in questa prova il rivelatore n. 2 è stato influenzato sensibilmente dal disassamento nel valore di tensione di intervento (figura n. 16). Tensione di soglia al variare del disassamento, per "D" uguale a 50 cm Tensione di soglia (kv) n kv n kv n. 3 Disassamento (cm) Figura n.16

15 Rapporto TTD Tecnologie T&D Approvato Pag. 14/ Influenza di un campo interferente in fase Prova prevista dalla Norma IEC , è intesa a verificare la corretta indicazione del rivelatore in presenza di un campo elettrico che interferisce con quello generato dal punto da misurare. La prova è stata eseguita sui rivelatori a contatto e a distanza applicando per intero le indicazioni della Norma IEC (figura n. 17, 18 e 19). Figura n. 17 Figura n. 18 n. 2 n. 3 Figura n.19

16 Rapporto TTD Tecnologie T&D Approvato Pag. 15/22 Rivelatore tipo n. 2 n. 1 n. 3 Tensione nominale kv Tensione di intervento Distanze Vedi fig. 5 kv Misura in Posizione d Tensione di intervento rilevata kv E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E Il rivelatore a contatto n. 1 e quello a distanza n. 3 sono risultati conformi alle specifiche della Norma IEC Il rivelatore n. 2 è intervenuto per valori di tensione decisamente superiori a quelli previsti dalla Norma IEC

17 Rapporto TTD Tecnologie T&D Approvato Pag. 16/ Influenza di un campo interferente in opposizione di fase Prova prevista dalla Norma IEC , verifica il corretto funzionamento del rivelatore quando il punto di misura al potenziale di terra è in prossimità di un circuito in tensione. La prova è stata eseguita applicando per intero le modalità della Norma IEC (figura n. 20 e 21) utilizzando il circuito di figura n. 22. Si verifica quindi la corretta segnalazione del rivelatore cioè non presenza di tensione. Figura n. 20 Figura n. 21 n. 2 n. 3 Posizione 1 Posizione 0 Posizione 2 Figura n.22

18 Rapporto TTD Tecnologie T&D Approvato Pag. 17/22 Nella tabella sono riassunti i risultati ottenuti. Rivelatore tipo n. 2 n. 1 n. 3 Tensione nominale kv Tensione applicata Distanze Vedi fig. 6 kv Misura in Posizione d Intervento si/no E no intervento fino 165 kv E no intervento fino 165 kv E no intervento fino 165 kv E no intervento fino 132 kv E no intervento fino 132 kv E no intervento fino 132 kv E no intervento fino 210 kv E no intervento fino 210 kv E no intervento fino 210 kv E no intervento fino 76 kv E no intervento fino 76 kv E no intervento fino 76 kv E no intervento fino 127 kv E no intervento fino 127 kv E no intervento fino 127 kv E no intervento fino 220 kv E no intervento fino 220 kv E no intervento fino 220 kv Tutti e tre i rivelatori hanno funzionato correttamente.

19 Rapporto TTD Tecnologie T&D Approvato Pag. 18/ Influenza di una tensione interferente Prova prevista dalla Norma IEC , verifica il corretto funzionamento del rivelatore in presenza di una tensione interferente di valore pari al 10% di Ur (rated voltage). La prova è stata eseguita applicando il paragrafo della Norma IEC (figura n. 23 e 24). Figura n. 23 Figura n. 24 n. 2 n. 3 La figura n. 25 rappresenta il circuito utilizzato per la verifica. Posizione 1 Posizione 0 Posizione 2 Figura n.25

20 Rapporto TTD Tecnologie T&D Approvato Pag. 19/22 Si verifica quindi che non compaia mai la segnalazione di presenza tensione. Tutti i rivelatori hanno funzionato regolarmente. Le tabelle mostrano i risultati ottenuti. Rivelatore tipo n. 2 n. 1 n. 3 Tensione nominale kv Tensione applicata Distanze Vedi fig. 6 kv Misura in Posizione d Intervento si/no ,5 E no intervento fino 165 kv ,5 E no intervento fino 165 kv ,5 E no intervento fino 165 kv ,2 E no intervento fino a 75 kv ,2 E no intervento fino a 75 kv ,2 E no intervento fino a 75 kv ,5 42 E no intervento fino a 75 kv ,5 42 E no intervento fino a 75 kv ,5 42 E no intervento fino a 75 kv ,2 E no intervento fino a 20 kv ,2 E no intervento fino a 20 kv ,2 E no intervento fino a 20 kv ,5 E no intervento fino a 27 kv ,5 E no intervento fino a 27 kv ,5 E no intervento fino a 27 kv ,0 E no intervento fino a 45 kv ,0 E no intervento fino a 58 kv ,0 E no intervento fino a 50 kv

21 Rapporto TTD Tecnologie T&D Approvato Pag. 20/22 3 RISULTATI DELL ATTIVITÀ SPERIMENTALE Le prove di laboratorio eseguite, relativamente agli esemplari provati, hanno evidenziato la scarsa affidabilità dei rivelatori di tensione a distanza nel segnalare la presenza di tensione. In particolare il rivelatore n. 2 ha mostrato valori di tensione di intervento decisamente più elevati di quelli previsti dalla Norma IEC per i rivelatori a contatto. Esso ha mostrato inoltre una forte dipendenza dalla distanza e dal disassamento dal punto di misura. L influenza di questi due parametri, sull affidabilità della segnalazione, non è da sottovalutare; in quanto in servizio, particolari disposizioni dei circuiti in esame, potrebbero mettere in difficoltà l operatore nel valutare la distanza e la direzione del rivelatore con conseguenti errori di indicazione del reale stato del circuito.

22 Rapporto TTD Tecnologie T&D Approvato Pag. 21/22 4 CONCLUSIONI L esperienza di laboratorio fatta, suggerisce un approfondito esame della Norma IEC , che può fungere da base di partenza per la stesura di una futura Norma di prodotto dedicata ai rivelatori capacitivi a distanza. In particolare sarebbe da approfondire l indagine sulla dipendenza della corretta segnalazione dalla distanza e dal disassamento dal punto di misura. Si suggerisce inoltre di mettere a punto modalità e circuiti di prova per verificare le conseguenze di un eventuale contatto tra circuiti in tensione e rivelatore capacitivo a distanza, al fine di appurare se anche in un simile caso è assicurata la tenuta dielettrica, quindi la sicurezza dell operatore, e il corretto funzionamento dello strumento.

23 Rapporto TTD Tecnologie T&D Approvato Pag. 22/22 BIBLIOGRAFIA [1] IEC Ed. II ( ) Live working Voltage detectors - Part 1: Capacitive type to be used for voltages exceeding 1 kv a.c. [2] CEI EN Ed. II ( ) Lavori sotto tensione Rivelatori di tensione Parte 1: Tipo capacitivo da utilizzare per tensioni alternate maggiori di 1 kv [3] Rapporto di Prova CESI RICERCA : Rivelatori di tensione capacitivi a contatto e a distanza. Verifica di funzionamento.

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