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Vantaggi del sistema IT

Il sistema IT (“sistema non collegato a terra”) in confronto al sistema TN o TT (“sistema collegato a terra”) è una forma di rete utilizzata raramente - tuttavia rappresenterebbe spesso una alternativa migliore.

Perché nella pratica ci si accontenta di un’alternativa peggiore?
La risposta può essere: per abitudine, per comodità, per ignoranza. Nella pratica il sistema IT non è molto noto. Nelle università e presso gli enti preposti alla formazione tale sistema è poco trattato. Quindi il sistema collegato a terra si è affermato come standard e si diffonde sempre di più.


Troviamo il sistema IT solo raramente e soprattutto solo in quei casi in cui non è possibile rinunciare ai suoi vantaggi. Questo è il caso, ad esempio, delle sale operatorie e delle unità di terapia intensiva o nella tecnica di segnalazione in ambito ferroviario. Perché? Perché in questo caso è in gioco la vita delle persone. Ma parlando di sistemi di alimentazione non sempre si tratta della vita delle persone?

Sicurezza intrinseca – piccola differenza, grande effetto

Il sistema IT si differenzia principalmente dal sistema TN o TT per un collegamento conduttivo tra il punto neutro del trasformatore, che alimenta il sistema, e la terra. Nel sistema collegato a terra tale collegamento è presente, nel sistema non collegato a terra invece non è presente.

Dove risiede la grande differenza a livello di effetto se la realizzazione è quasi uguale? In un sistema non collegato a terra funzionante, se una persona tocca un alloggiamento conduttore sotto tensione: NON SUCCEDE NULLA! Perché? In altre parole fluisce una corrente, ma questa è solo molto piccola, in quanto essa dipende dalle capacità di dispersione e dal fatto che l’alloggiamento è collegato a terra.

Che cosa avviene nel sistema collegato a terra? In questo caso viene fornito a priori un circuito chiuso e in un certo senso si attende il verificarsi di un guasto. Se in questo caso una persona tocca un alloggiamento conduttore sotto tensione, in mancanza di un dispositivo di protezione dalle sovracorrenti, per via del collegamento a bassa impedenza al trasformatore di alimentazione, una corrente di guasto fluirebbe immediatamente attraverso la persona. Per garantire che la tecnica di protezione necessaria funzioni anche in questo momento, essa deve essere verificata regolarmente.

Ma con quale frequenza bisogna effettivamente compiere questa operazione?

Localizzazione guasti senza disconnessione

Mediante cosiddetti dispositivi per la ricerca dei guasti di isolamento (IFLS) è possibile localizzare guasti di isolamento durante il funzionamento o nello stato di spegnimento.

A tal scopo sono disponibili apparecchi per installazione fissa e apparecchi mobili. Ciò è sostanzialmente possibile anche nei sistemi collegati a terra, in base alla tecnica della corrente differenziale (RCM), tuttavia con la limitazione che questo funziona solo nei sistemi accesi e che, diversamente dai sistemi IT, si limita a guasti di isolamento asimmetrici.

Nessuna interruzione accidentale dell'attività

Nel sistema non collegato a terra in caso di un guasto di isolamento - anche in caso di una dispersione a terra satura - non è necessario alcun spegnimento.

Questo è anche il motivo per cui i sistemi IT sono imposti, ad esempio, nelle unità di terapia intensiva. Le apparecchiature vitali continuano ad essere alimentate anche in caso di un guasto di isolamento. In generale, il sistema IT è adatto prevalentemente per tutte le applicazioni il cui spegnimento è indesiderato, ha gravi conseguenze o è costoso, ad esempio nell’industria di processo, nei centri di calcolo, nell’automazione, in linea di massima ovunque.

Ciò riveste una particolare importanza nei circuiti di comando di tutti i tipi. Controlli difettosi e avarie dei circuiti di comando - ad esempio in una sottostazione di trasformazione primaria o in una centrale atomica - possono avere serie conseguenze. In base alle informazioni fornite dall’apparecchio di monitoraggio dell’isolamento, nel sistema IT è possibile pianificare a lungo termine misure di manutenzione preventiva e correttiva ed evitare interventi non pianificati per l’eliminazione delle anomalie.

Rilevazione tempestiva del deterioramento

Un ulteriore vantaggio determinante consiste nel fatto che è possibile riconoscere immediatamente eventuali peggioramenti del livello d’isolamento.

In un sistema collegato a terra mediante la tecnica della corrente differenziale (tecnica RCM) ad alto perfezionamento è possibile risolvere correnti di guasto nell'ordine di unità di milliampere - ma non oltre. Anche se potessero essere selezionate solo le percentuali ohmiche della corrente differenziale, con una tensione di rete di 400 V e una risoluzione di 10 mA questo significa un riconoscimento del peggioramento del livello d’isolamento al di sotto dei 40 kΩ.

Ciò rappresenta un enorme miglioramento rispetto a un sistema collegato a terra, che non viene monitorato e che prima o poi semplicemente si spegne in modo involontario. Ma nel sistema IT un valore d’isolamento di 40kΩ corrisponde già al valore di risposta principale raccomandato. Nel sistema IT è possibile misurare nell'ordine dei megaohm e oltre - il che significa un fattore di almeno 1000 rispetto al sistema collegato a terra. Nel sistema non collegato a terra è anche possibile misurare ed eliminare con molto più anticipo eventuali peggioramenti di isolamento.
Rilevazione tempestiva del deterioramento

 

Identificazione dei guasti simmetrici

In un sistema IT mediante un apparecchio di monitoraggio dell’isolamento che misura in modo attivo è possibile riconoscere guasti simmetrici. I guasti simmetrici sono peggioramenti dell’isolamento dello stesso ordine di grandezza su tutti i conduttori esterni.

Tali guasti non sono rari. Ad esempio, negli impianti fotovoltaici spesso i valori di isolamento sono soggetti a peggioramento in modo uguale sul lato del positivo e del negativo.

Misurazioni d'isolamento in reti DC

Attualmente non sono disponibili RCD per reti DC pure, come i sistemi a batteria. Ciò è possibile utilizzando apparecchi per il monitoraggio della corrente differenziale (RCM) con una tensione di alimentazione DC o la realizzazione come sistema IT con monitoraggio dell’isolamento.

Il dispositivo ISOMETER® iso685 offre inoltre il vantaggio di indicare nelle reti DC se il guasto è presente sul lato del positivo o del negativo.

Misure in sistemi misti AC con parti in DC

Nella rete AC sono presenti sistemi a batteria, convertitori, alimentatori a commutazione ecc., quindi sono possibili correnti di guasto DC.

In questo caso non sono adatti gli RCD di tipo A per reti pure, di ampia diffusione. In questo caso nella rete collegata a terra possono essere impiegati solo RCD di tipo B oppure bisogna garantire in altro modo (mediante tecnica RCM) che avvenga lo spegnimento in presenza di correnti DC superiori ai 6 mA.

Un’alternativa intelligente è far funzionare l’impianto come rete non collegata a terra e monitorare con un apparecchio di monitoraggio dell’isolamento.

Controllo Off-Line

Poiché un apparecchio di monitoraggio dell’isolamento misura in maniera attiva, esso può anche monitorare sistemi IT o TN spenti su tutti i poli.

Questo ad esempio è importante per il riscaldamento di scambi ferroviari, per le pompe antincendio sulle navi e per i sistemi di raffreddamento ridondanti nelle centrali atomiche. Quindi ad esempio si riconosce anche in estate se un riscaldamento per scambi ferroviari presenta un guasto di isolamento ed è possibile ripararlo tempestivamente. Diversamente, ci si accorgerebbe del problema solo durante l’accensione in inverno - sotto forma di guasto diretto dell’impianto nel momento in cui viene utilizzato.

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Colmare la distanza tra le verifiche periodiche

L’apparecchio di monitoraggio dell’isolamento imposto nel sistema IT monitora costantemente il valore di isolamento.

Nei controlli regolari (voce "DGUV, prescrizione 3"), diversamente da ciò viene rilevato solo lo stato di isolamento momentaneo. Esso può essere soggetto a peggioramento, anche drastico, subito dopo il controllo e tale circostanza può restare inosservata per lungo tempo.

Il monitoraggio costante è possibile anche nel sistema collegato a terra, impiegando in aggiunta sistemi di monitoraggio della corrente differenziale (tecnica RCM).

Prevenzione incendi

Guasti di isolamento nelle installazioni elettriche sono in generale le cause più frequenti d’incendio. Nel sistema IT la probabilità d’incendio è molto ridotta.

In primo luogo è possibile riconoscere ed eliminare i guasti di isolamento già nella fase precoce d’insorgenza. In secondo luogo, per via della mancanza di un percorso di ritorno a bassa impedenza, in caso di guasti di isolamento non fluisce alcuna corrente sufficientemente elevata da provocare un incendio. Anche in questo caso vale la limitazione a sistemi con capacità di dispersione di rete.

Sorveglianza di lungo periodo

I modelli ISOMETER® iso685 e iso1685 sono in grado di registrare per molti anni parametri di rete in modo esaustivo con associazione di data e ora.

In combinazione con altri eventi di sistema registrati, questo consente l’analisi dei guasti basata sull’evento e facilita l’identificazione e l’eliminazione di guasti insorgenti in maniera sporadica, nonché il miglioramento delle basi decisionali per futuri investimenti. La valutazione può essere eseguita sull’apparecchio stesso o tramite Ethernet.

Gestione sicura dei carichi non lineari, in particolare dei convertitori

Le reti attuali ricevono sempre meno utenze lineari (ohmiche). Le lampadine a incandescenza sono state sostituite con lampadine a risparmio energetico o LED. Computer e televisori vengono collegati alla rete tramite alimentatori a commutazione, le lavatrici contengono un convertitore di frequenza e per i motori nell’industria vengono impiegati in gran numero convertitori di frequenza.

Ciò non comporta alcun problema per un apparecchio di monitoraggio dell’isolamento efficiente nel sistema IT, che è in grado di misurare correttamente il valore di isolamento dell’intera rete. Il sistema IT è adatto in particolare per l’impiego con convertitori, in quanto nel sistema IT anche in presenza di un guasto di isolamento saturo nel circuito intermedio di grandi attuatori con convertitore a causa di correnti DC e gli effetti di saturazione collegati nei nuclei di ferro non si può giungere alla distruzione degli elementi induttivi di generatori di alimentazione e trasformatori.

Il dispositivo ISOMETER® iso685 è stato perfezionato per il monitoraggio di reti con convertitori di frequenza e consente un collegamento logico di parametri di sistemi per attivare uno spegnimento automatico di attuatori in presenza di uno stato critico dell’impianto. Una distinzione del guasto in attuatori con convertitore in base al circuito intermedio e al lato motore è possibile con il dispositivo iso685 senza costi aggiuntivi e senza l'impiego di altre apparecchiature.

Assenza di correnti vaganti

Nei sistemi collegati a terra le correnti vaganti sono spesso causa di problemi. Trattasi di correnti che non fluiscono attraverso conduttori L, N e PE, ma che cercano altri percorsi.

Provocano corrosione e perforazioni nelle tubazioni, impianti di protezione antifulmine, cuscinetti a sfere, prese di collegamento a terra fondamentali e altre parti conduttive. Possono determinare la distruzione di schermature di cavi di segnale fino a provocarne l’incendio, e in tal modo possono manifestarsi campi magnetici di disturbo, che provocano problemi con sistemi di elaborazione dei dati e impianti di comunicazione. Poiché nel sistema non collegato a terra il percorso di ritorno fino al punto neutro del trasformatore non viene chiuso, le correnti vaganti non si possono diffondere nei sistemi non collegati a terra.

Più stabile in caso di transitori

Nello standard IEC 62109-1:2010 viene descritta la possibilità di ridurre la categoria di sovratensione da CAT IV a CAT III mediante isolamento tramite trasformatori di separazione, fotoaccoppiatori o analoga separazione galvanica, in quanto i transienti non hanno come conseguenza correnti talmente elevate come nei sistemi collegati a terra.

La conseguenza pratica è che i componenti nelle utenze elettriche nel sistema IT sono soggetti a un carico minore a causa dei picchi di tensione e in tal modo hanno una durata più lunga.

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Svantaggi del sistema IT

I sistemi IT non devono essere troppo grandi

I sistemi IT molto grandi possono diventare macchinosi e presentare involontariamente una capacità di dispersione di rete. Pertanto si suggerisce di suddividere sistemi IT molto grandi in unità separate mediante trasformatori di separazione, il che può determinare costi aggiuntivi e perdite di potenza nel complesso ma per lo più in misura trascurabile.

La suddivisione in sistemi a separazione galvanica ha anche vantaggi, come l'effetto di filtraggio rispetto a grandezze di disturbo o la possibilità di adattamento singolo delle tensioni alle utenze alimentate. Bisogna valutare nel singolo caso che cosa è un sistema molto grande, a seconda dei parametri di sistema. Ad esempio, i campi fotovoltaici di maggiori dimensioni al mondo possono essere monitorati completamente da singoli ISOMETER®n del tipo isoPV. Ciò significa che a un singolo ISOMETER®, nonostante la grandezza dell’impianto, pari a dieci o più campi di calcio, non sfugge alcun collegamento a innesto, cavo o modulo fotovoltaico difettoso.

Aumento della tensione in caso di guasto di isolamento

In un sistema IT con un guasto di isolamento su un conduttore aumentano le tensioni esterne degli altri conduttori rispetto al potenziale di terra.

In presenza di una dispersione a terra satura di un conduttore di una rete di 230 V, le tensioni degli altri conduttori rispetto al potenziale di terra aumentano fino a circa 400 V. I componenti di sistema in cui è rilevante il potenziale rispetto alla terra, in particolare condensatori Y e limitatori di sovratensione, dovrebbero pertanto essere adatti alla tensione nominale massima. L’aumento di tensione può essere impedito se il lato secondario del trasformato è realizzato con una forma a delta.

Conclusioni

Rispetto ai sistemi collegati a terra, il sistema IT presenta molti vantaggi ed è adatto non solo per i requisiti più elevati, come ad esempio in una sala operatoria o in una centrale atomica, ma praticamente ovunque. In molti casi oggi non viene affatto preso in considerazione, sebbene costituisca la scelta migliore.

La generazione più recente di apparecchi di monitoraggio dell’isolamento offre molteplici vantaggi economici e tecnici, che vanno a beneficio del gestore. Talvolta i costi di un apparecchio di monitoraggio dell’isolamento vengono indicati come valido argomento a sfavore di un sistema IT, tuttavia è esattamente il contrario: considerando i vantaggi summenzionati e le ripercussioni a livello economico collegate vale sempre la pena impiegare tale sistema in ambito commerciale!

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TipoNomeDimensioneLinguaTimestampD-/B-Numero
Articolo tecnico Why the IT System is Often the Best Choice for Power Supply Systems of All Types 3.0 MB EN2019/07/11 12:53:3211.07.2019 12:53:32
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