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Elevata disponibilità, sicurezza di esercizio e diminuzione dei costi attraverso il monitoraggio permanente della corrente differenziale

Un livello elevato di disponibilità e di affidabilità della fornitura elettrica per l’industria e gli edifici specializzati è un fattore decisivo per un'efficiente gestione dei costi e della produttività. Le interruzioni di servizio, i disturbi funzionali e i problemi di compatibilità elettromagnetica costano tempo e denaro. Nell’ambito della manutenzione preventiva, pertanto, è importante monitorare in modo permanente gli approvvigionamenti di corrente elettrica. I moderni sistemi di monitoraggio della corrente differenziale (RCMS) riconoscono in anticipo gli errori di isolamento gravi e forniscono al gestore di un impianto tecnico la possibilità di localizzare e risolvere rapidamente l’errore, prima che si verifichi un disturbo improvviso o lo spegnimento totale dell’impianto.

Si utilizzano, inoltre, le possibilità di risparmio per le verifiche periodiche previste dal Regolamento per la prevenzione degli incidenti dell’Assicurazione Obbligatoria contro gli Infortuni tedesca DGUV, Norma 3, e dell’Ordinanza tedesca in materia di salute e sicurezza industriale (BetrSichV).

Questo documento ha lo scopo di descrivere soluzioni tecnicamente praticabili di un monitoraggio innovativo della corrente differenziale, garantendo la sicurezza di esercizio tramite la manutenzione preventiva degli impianti elettrici moderni in settori altamente sensibili. Un investimento che si ripaga da sé.

Nell’ambito degli impianti elettrici e dei mezzi di produzione fissi, i sistemi di monitoraggio della corrente differenziale (RCMS) costituiscono un’ottima opzione per la rilevazione periodica di deterioramenti nell’isolamento. Le correnti differenziali misurate possono essere ricondotte in modo univoco ai rispettivi circuiti di corrente e ai singoli utilizzatori. È possibile effettuare una valutazione dello stato della sicurezza dell’impianto specifico.

Misurazione della resistenza di isolamento e/o misurazione della corrente differenziale negli impianti elettrici

I vantaggi di questi metodi di misurazione consistono soprattutto nella prevenzione: queste misurazioni, infatti, possono essere effettuate in maniera continua e forniscono in anticipo i valori di misurazione richiesti per la valutazione tecnica della sicurezza degli impianti elettrici. Questo metodo di misurazione presenta molti vantaggi a livello di attuazione pratica nell’ambito della sicurezza elettrica, in particolare di quella dei mezzi operativi elettrici che devono garantire un’elevata disponibilità, oppure di quella degli impianti in cui una misurazione della resistenza di isolamento, per motivi tecnici, è difficilmente realizzabile.

Tuttavia, l’impiego di questi metodi di misurazione non solleva in alcun modo dall’obbligo di verifica periodica degli impianti e dei mezzi operativi elettrici in base alla norma 3 dell’Assicurazione Obbligatoria contro gli Infortuni tedesca DGUV, ad esempio attraverso l’ispezione, la verifica della continuità dei conduttori di protezione e di equilibrio del potenziale, nonché la verifica funzionale dei dispositivi di disinserimento.

L’Ordinanza tedesca in materia di salute e sicurezza industriale attualmente in vigore, al paragrafo 10, prevede l’obbligo di eseguire tale verifica. In conformità alla classificazione dei rischi contenuta nel par. 3 di tale ordinanza, per i mezzi di lavoro, è necessario registrare, in particolare, il tipo, l’entità e la cadenza temporale delle verifiche obbligatorie. Eventuali difetti e danneggiamenti devono essere rilevati in tempo utile nel corso di tali verifiche. La modalità con cui tale verifica deve essere svolta non viene specificata in modo dettagliato. Il responsabile è tenuto a stabilire le misure necessarie e gli intervalli di verifica, anche se, a livello pratico, si utilizzano apparecchi di monitoraggio della corrente differenziale.

La funzione di un apparecchio per il monitoraggio della corrente differenziale (RCM)
(figura 1) è quella di verificare la presenza di una corrente differenziale in un impianto o circuito elettrico e di indicare tramite un allarme quando tale corrente supera un valore prefissato [DIN EN 62020 (VDE 0663):2005-11].

Un principio fondamentale dell’elettrotecnica, la prima legge di Kirchhoff, stabilisce che la somma algebrica delle correnti in un circuito elettrico è uguale a zero. Come illustra la figura 2 questo, in una rete priva di errori, significa che I1 è uguale a I2 .

Se, a causa di un errore di isolamento, si crea una corrente di guasto IΔ, che scorre attraverso il corpo o a terra, in base alla legge di Kirchhoff si ottiene:     

I =I1 – I2

Con RCMS460, un sistema a 12 canali in grado di misurare tutte le correnti con True RMS, è possibile misurare correnti differenziali da 0 a 2000 Hz e da 6 mA a 20 A in fase di esercizio, valutandole entro un intervallo di tempo di 180 ms.

Il sistema, dotato di un display, segnala se i valori di intervento o i tempi di intervento preimpostati sono stati raggiunti o già superati. Una memoria cronologica integrata e la funzione di data logger consentono la memorizzazione di un numero massimo di 300 avvisi con l’orario esatto dell’errore. Lo scambio di informazioni tra i singoli apparecchi di monitoraggio e un gateway avviene tramite un’interfaccia RS-485. In questo modo è possibile monitorare in modo continuo un intero edificio, o una sezione di alimentazione elettrica completa, da un punto centralizzato, p. es. un quadro elettrico o un centro di controllo.

Nell’ambito del monitoraggio permanente della corrente differenziale, utilizzando la documentazione temporale del comportamento dell’impianto, è possibile stabilire intervalli di verifica adeguati in base alla norma 3 del DGUV, adempiendo così all’obiettivo di protezione stabilito dall’Ordinanza in materia di salute e sicurezza industriale, “Determinazione degli intervalli di verifica in base ai rischi”.

Figura 1: Una serie di sistemi per il monitoraggio della corrente differenziale di tipo RCMS460 e RCM420, con riduttori di corrente

Figura 2: Errore di isolamento nel sistema TN-S

I∆ Corrente differenziale/
Corrente di guasto  
I∆n Corrente differenziale di intervento
RF Resistenza di guasto
RL Resistenza di carico
IF Errore di isolamento
I1, I2 Correnti di esercizio
US Tensione di alimentazione
PE Conduttore di terra

Un potenziale risparmio grazie agli intervalli di verifica adeguati in base ad un monitoraggio permanente della corrente differenziale

Gli obiettivi di protezione obbligatori stabiliti dalla norma n. 3 del DGUV, “Impianti e mezzi di esercizio elettrici”, per quanto riguarda le verifiche da effettuare a cadenza periodica, vengono sempre rispettati quando è possibile garantire che i mezzi di esercizio elettrici non presentano difetti. Oltre alle scadenze di verifica fisse, per gli impianti elettrici fissi, esiste la possibilità del “monitoraggio continuo”. Per i mezzi di esercizio elettrici mobili, le istruzioni relative all'applicazione della norma 3 del DGUV, oltre a stabilire in modo rigido gli intervalli di verifica obbligatori, consentono di estendere gli intervalli di verifica qualora la percentuale di errore risulti inferiore al 2 %. Ovviamente, secondo il DGUV, sono possibili anche altre soluzioni tecnico/organizzative in grado di garantire che vengano messi a disposizione del dipendente solo strumenti di lavoro a norma di legge.

Grazie ai metodi di misurazione della corrente differenziale che presentiamo, il personale addetto agli impianti elettrici (una persona qualificata ai sensi dell’Ordinanza in materia di salute e sicurezza industriale) ha la possibilità di definire intervalli di verifica chiari e specifici e di stabilirli in base alle condizioni operative. Questa considerazione può significare sia una riduzione del numero di verifiche, sia un ampliamento degli intervalli di verifica. Pertanto, in base al “grado di sollecitazione” dei mezzi operativi, è possibile effettuare una verifica periodica considerando sia il livello di sicurezza tecnica che l’efficienza economica (calendario delle verifiche).

Le disattivazioni, anche solo per breve tempo, sono ormai superate e obsolete, grazie all’impiego mirato dei sistemi per il monitoraggio della corrente differenziale (RCMS). La disponibilità di un impianto elettrico viene aumentata e i costi della verifica periodica degli impianti elettrici e dei mezzi di esercizio vengono ridotti al minimo.

Vantaggi

È possibile riassumere i vantaggi nel modo seguente:

Manutenzione ottimizzata

Maggiore sicurezza operativa/degli impianti

Maggiore economicità

Maggiore sicurezza antincendio

 

Struttura e installazione di un dispositivo di monitoraggio della corrente differenziale (RCMS)

Nel capitolo seguente viene illustrata la struttura fondamentale di un sistema RCMS (apparecchio per il monitoraggio della corrente differenziale con riduttore di corrente e possibilità di valutazione e visualizzazione) nell’ambito di un impianto per la fornitura di energia elettrica (figura 3-figura 5).

Figura 3: Sistema di monitoraggio della corrente differenziale in un impianto composto di RCMS460 e riduttore di corrente

La struttura di base in figura 4 descrive il monitoraggio del circuito elettrico di approvvigionamento con un massimo di 12 uscite (circuiti di corrente). Viene descritto anche il punto di installazione preferibile per ognuno dei riduttori di corrente necessari per la rilevazione delle correnti di guasto, che consentono al contempo anche il riconoscimento del punto dell’errore (individuazione del circuito di corrente).

Figura 4: Rappresentazione schematica del monitoraggio di un’alimentazione di corrente fino a 12 circuiti di corrente singoli

La figura 5 fornisce una vista generale con i circuiti di alimentazione di corrente, il cui numero massimo è limitato a 1080 circuiti di corrente. La scelta dei riduttori di corrente avviene in base alla sezione dei cavi del circuito di corrente da sorvegliare.

Figura 5: Rappresentazione schematica del monitoraggio di un’alimentazione di corrente con un massimo di 1080 circuiti di corrente singoli

Esempio di applicazione

Sistema di monitoraggio della corrente differenziale RCMS460 in un’alimentazione di corrente TN-S conforme all’EMC, p. es. nel punto di collegamento a terra centralizzato e nelle suddivisioni importanti.

Figura 6: Rappresentazione schematica del monitoraggio di un’alimentazione di corrente

I singoli valori provenienti dai sistemi di monitoraggio della corrente differenziale possono essere tranquillamente osservati dalla postazione di lavoro del personale addetto ai sistemi elettrici. Eventuali modifiche o a di guasto che dovessero verificarsi nell’alimentazione di corrente sorvegliata vengono visualizzate graficamente e documentate (figura 7). In questo modo è possibile anche identificare senza alcun dubbio il punto dell’errore/circuito finale.

Figura 7: Andamento temporale della corrente di guasto del circuito di corrente sorvegliato

Confronto delle misurazioni della resistenza di isolamento necessarie con un impianto elettrico sorvegliato tramite un RCM

Nella sezione seguente viene effettuato un confronto tra la consueta misurazione della resistenza di isolamento DC e il monitoraggio dell’impianto con sistemi di sorveglianza della corrente differenziale, in relazione al personale addetto alla verifica.

Tecnologia

Svantaggi della misura dell’isolamento tramite misurazione della tensione DC Vantaggi delle misurazioni RCM
Invecchiamento e danneggiamento precoce dei varistori durante la misura dell’isolamento con una tensione di misurazione DC elevata. Gli RCM sono apparecchi di sorveglianza a misurazione passiva – questa fonte di errore è esclusa.
Una corrente di prova troppo elevata o attivata per un tempo troppo lungo può provocare la bruciatura dei relè di protezione. Gli RCM sono apparecchi di sorveglianza a misurazione passiva – questa fonte di errore è esclusa.
Gli utilizzatori che non sono stati disconnessi dalla rete durante la misurazione dell’isolamento possono subire danni. Gli RCM sono apparecchi di sorveglianza a misurazione passiva – questa fonte di errore è esclusa.
Le parti dell’impianto dotate di UPS non possono essere misurate – nessuna disattivazione possibile. Gli RCM sono apparecchi di sorveglianza a misurazione passiva – questa fonte di errore è esclusa.
In caso di reti estese, sezioni dei conduttori ampie, reti a maglie, spesso lo sforzo temporale per la coordinazione, la verifica dell’isolamento e la valutazione richiede risorse economiche eccessive. Gli RCM sono in grado di effettuare il riconoscimento di deterioramenti dell’isolamento con uno sforzo tecnico ed economico sostenibile.
Le verifiche periodiche sono molto spesso solo verifiche a campione. Non sono rappresentative e possono visualizzare valori diversi, p. es. in base alle condizioni climatiche. Gli RCM effettuano il monitoraggio online. Poiché i valori di misurazione vengono registrati e valutati, è possibile effettuare un’analisi delle tendenze ed è possibile formulare previsioni relative alle possibili interruzioni future. I difetti che presentano rischi per le persone, gli animali domestici e i beni materiali devono essere eliminati immediatamente.
I mezzi operativi elettronici possono essere danneggiati dalla tensione di prova se il conduttore neutro non è sconnesso o se sono presenti accoppiamenti, p. es. a causa di un errore di isolamento. In questi casi c’è il rischio che, sui morsetti d'ingresso dei mezzi operativi, sia presente la tensione di prova dell’apparecchio di misurazione dell’isolamento. Nessuna necessità di distacco dei conduttori neutri. Non è necessario applicare morsetti per il distacco dei conduttori neutri.
Problemi di spegnimento interni all’azienda; non è possibile verificare tutte le parti dell’impianto. Nessuno spegnimento necessario.
Processi aziendali modificati e costi provocati dagli spegnimenti. Nessun costo a causa degli spegnimenti.
Possibilità di dimenticare l’applicazione del morsetto per il conduttore neutro, in quanto punto rischioso in caso di interruzione, o la riconnessione dopo la misurazione. Non è necessario utilizzare morsetti per i conduttori neutri.
I morsetti per i conduttori neutri sono notoriamente un punto debole in caso di correnti armoniche elevate. Un’interruzione comporta un aumento della tensione. Non è necessario utilizzare morsetti per i conduttori neutri.
In assenza di tensione è possibile misurare solo fino al dispositivo di sezionamento. Gli RCM misurano l’installazione completa, compresi i mezzi operativi fissi attivi e quelli mobili.
Se le resistenze di isolamento di più circuiti di corrente vengono misurate assieme, le interconnessioni di circuiti di corrente diversi potrebbero non essere individuate. Le eventuali conseguenze sono tensioni di ritorno e limitazioni della funzione RCD. Gli RCM riconoscono tali interconnessioni quando ogni circuito elettrico viene monitorato singolarmente.
Nessun risultato di misurazione significativo in presenza di deviatori di sovratensione.  

Verificatori

Svantaggi della misura dell’isolamento tramite misurazione della tensione DC Vantaggi delle misurazioni RCM
Molti vincoli relativi al personale e un fattore di costo rilevante  
Necessità di personale di servizio specializzato (personale autorizzato) per gli apparecchi di verifica. Queste persone devono conoscere i relativi requisiti delle norme di sicurezza, le norme aziendali e i rischi connessi con i lavori. Un numero sufficiente di persone che lavora agli impianti elettrici deve ricevere una formazione idonea a prestare un primo soccorso. Una documentazione corretta è necessaria ma, in molti casi, non disponibile. Non è necessario personale specializzato per il monitoraggio. È necessario personale specializzato in lavori elettrici solo in caso di superamento del valore limite di una corrente di guasto.
Rischi e oneri del verificatore: 1. Scarsa preparazione, improvvisazioni pericolose, ritmi di lavoro serrati 2. Lavori con dispositivi di protezione disattivati o smontati 3. Lavori in condizioni ambientali pesanti 4. Lavori sui conduttori 5. Lavori in presenza di tensione o in vicinanza di conduttori in tensione. Nessun pericolo

Ulteriori caratteristiche distintive

Ulteriori caratteristiche distintive della misurazione RCM Vantaggi della misura dell’isolamento tramite misurazione della tensione DC
Il difetto di isolamento tra conduttori attivi non viene riconosciuto. È possibile misurare il difetto di isolamento tra N e PE se gli utilizzatori sono collegati e attivati. Può essere misurato.
Gli RCM possono essere impiegati solo in sistemi TN-S, non TN-C. Può essere impiegato in tutte le forme di reti.
A causa del valore della sensibilità, non riconoscono errori di isolamento ad alta resistenza in base alla norma DIN EN 5110-1 (VDE 0105-1):2014-02. Valore di sensibilità a partire da ca. 5 mA: è possibile misurare errori di isolamento minori di 40 kΩ tra la fase e la terra.
Riconosce solo errori di isolamento asimmetrici, capacitivi e ohmici. Durate la verifica dell’isolamento vengono rilevati gli errori di isolamento ohmico simmetrici e asimmetrici. Le correnti di guasto capacitive non provocano incendi, poiché si distribuiscono uniformemente sull’intera lunghezza del conduttore.
Non esistono ancora valori di reazione normalizzati. I valori della reazione possono variare molto in base alla capacità di dispersione della rete e all’impianto. La scelta del valore corretto della reazione deve essere effettuata da un elettricista qualificato. I valori minimi della resistenza di isolamento vengono indicati in DIN VDE 0100-600 (VDE 0100-600): 2017-06, Tabella 6.1.
Utilizzabile a determinate condizioni per parti di impianti in cui non è posato un conduttore di terra. Per una valutazione certa della resistenza di isolamento, il PE dovrebbe sempre essere posato.  
Nei sistemi IT, la corrente di guasto non può essere ricondotta a un errore di isolamento a monte del riduttore di corrente. Impiegabile per tutte le forme di rete.

Riassunto

Nell’ambito degli impianti elettrici e dei mezzi di produzione fissi, i sistemi di monitoraggio della corrente differenziale costituiscono un’ottima opzione per la rilevazione di deterioramenti nell’isolamento. Le correnti di guasto misurate possono essere correlate in modo univoco ai rispettivi circuiti di corrente. In questo modo è possibile effettuare una valutazione dello stato della sicurezza dell’impianto specifico. In tale contesto, il procedimento di misurazione degli apparecchi da utilizzare per il monitoraggio della corrente differenziale (RCM) e l’installazione del riduttore di corrente devono essere selezionati in base all’impianto specifico. Nell’ambito del monitoraggio continuo, tali dispositivi di sorveglianza possono garantire la necessaria verifica “continua” grazie alla tecnologia di misurazione. Nei circuiti monitorati tramite sistemi di sorveglianza della corrente differenziale, inoltre, il collegamento errato di mezzi operativi elettrici manuali viene misurato, visualizzato e, qualora necessario, il circuito viene spento. Ciò presuppone che i valori limite consentiti per la corrente differenziale siano stati impostati precedentemente da un elettricista qualificato.

Grazie alla documentazione temporale e la rappresentazione grafica del comportamento dell’impianto, p. es. abbassamento o innalzamento delle correnti differenziali, si apre la possibilità di un adeguamento degli intervalli di verifica dei mezzi operativi elettrici collegati. Una volta stabilito a livello organizzativo quali mezzi operativi debbano essere impiegati in base alle esigenze aziendali, è possibile effettuare una correzione degli intervalli di verifica a partire dai risultati della misurazione. Le esperienze pratiche finora accumulate dimostrano chiaramente che, con questo procedimento di misurazione, è possibile gestire in modo personalizzato le singole verifiche periodiche, ottemperando in tal modo l’obiettivo di protezione dell’Ordinanza in materia di salute e sicurezza industriale “Determinazione degli intervalli di verifica in base ai rischi”.

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