Scaricatore spinterometricoper linea TE esercitain corrente continua

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Sistema atto a garantire la protezionedalle sovratensioni delle apparecchiature collegate alle linee di Trazione Elettrica esercite in corrente continua.

Situazione attualeAttualmente, in ambito ferroviario o filoferrotranviario, lo scaricatore che protegge la linea di contatto è realizzato a doppia tecnologia:• sezione a varistore che serve a sopprimere sovraten-

sioni di limitata energia come quelle generate dai transienti dovuti ad apertura di interruttori durante l’esercizio. Il principio di funzionamento è basato sulla variazione di impedenza, al variare della tensione ap-plicata, e per questo motivo detti dispositivi risultano essere “autoripristinanti” in quanto, passato l’evento transitorio, ritornano nella condizione originale;

• sezione di soppressione spinterometrica che presen-ta, rispetto al varistore e a parità di dimensioni, una capacità di dissipazione termica, e quindi di scarica, molto elevata; tale proprietà è utilizzata per gestire un’energia elevata e repentina, tipica di una scarica atmosferica. I soppressori a gas, una volta dissipata

l’energia termica del fulmine, mantengono il loro stato di corto circuito, per cui, terminato l’evento, la linea di contatto in DC si trova in corto circuito.

In genere, a scarica avvenuta, l’energia dissipata dalla corrente della linea di contatto attraverso lo scaricatore in corto circuito provoca un danneggiamento irreversibile dello scaricatore stesso (con tempistiche dell’ordine dei ms) e l’apertura degli interruttori extrarapidi, lontani anche 15km dal luogo dell’evento. Consegue la disalimentazione della tratta compresa tra due sottostazioni limitrofe, con inevitabile danno alla continuità del servizio ferroviario. An-che nel caso “fortunato” che il danno allo scaricatore non si tramuti in successivo corto circuito di linea, è comunque richiesto un intervento per la sua sostituzione, in quanto la linea di contatto risulta priva di protezione.

Scaricatore spinterometrico Ansaldo STSIl prodotto Ansaldo STS/DEHN+SÖHNE riguarda uno scari-catore privo della sezione a varistore, costituito da un uni-co soppressore spinterometrico di nuova tecnologia che ha il vantaggio di essere “autoripristinante” per qualsiasi fenomeno ceraunico che lo coinvolga fino a correnti dell’or-dine di 25kA. In sede di collaudo ogni singolo componente è testato con sei scariche, una ogni dieci secondi, con forma d’onda 10-350us e corrente pari a 25kA, al fine di verificare la qualità funzionale.

A livello circuitale, gli scaricatori spinterometrici (indicati con Fx e Fy) sono inseriti tra la sbarra omnibus a 3,6kVcc della sottostazione elettrica [1]o della cabina trazione elettrica e l’impianto di terra.Jx e Jy interruttori extrarapidi con funzionedi protezione amperometrica della linea.SBx e SBy sezionatori bipolari di cella con funzione di isolamento dell’extrarapido a monte e a valle per la sicurezza durante le operazionidi manutenzione dell’interruttore stesso.Sx e Sy sezionatori a corna di prima fila(a ritenuta) che garantiscono l’isolamento, in fase di manutenzione, della linea di contatto.Sxy sezionatore a corna di seconda fila (al lancio di corrente tenuto normalmente aperto) che realizza, se chiuso, la “continuità metallica” di sottostazione elettrica necessaria ai fini manutentivi.[4] linea di contatto TE a rischio di fulminazionee quindi oggetto della protezione.[5] piano del ferro.[2] e [3] due diverse celle extrarapido.

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Prova con forma d’onda 10/350uscon corrente pari a 25kA

Prova ripetuta sei volte in un minuto con polarità direttaed invertita, su campione prototipale

(Laboratorio DEHN + SÖHNE GmbH + Co.KG.Neumarkt - Germania)

Misura della prova con forma d’onda 10/350uscon corrente pari a 25kA.

La misura è stata eseguita come da circuito 2.

Le forme d’onda, relative alla fulminazione naturale diretta, dimostrano l’idoneità del dispositivo.

(Laboratorio DEHN + SÖHNE GmbH + Co.KG.Neumarkt – Germania)

Prove in laboratorio 1

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Misura della prova con forma d’onda 8/20us con corrente pari a 25kA. La misura è stata eseguita come da circuito 1.Si noti, nel grafico in blu, il comportamento della tensione

a 3.6kV di linea che permane dopo la scaricaa dimostrazione dell’autoripristino dello scaricatore.

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Prove sul campo

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Installazione di provapresso la stazione ferroviariadi Bibbiena (AR).La sperimentazioneè iniziata nel mesedi ottobre 2012.

1 – Scaricatore tradizionale2 – Scaricatore Ansaldo STS

AccessoriAssociato al sistema scaricatore, può essere installato un dispositivo definito “conta impulsi” che è in grado di contare gli interventi dello scaricatore. Si tratta di un apparato composto da• un rilevatore toroidale di corrente [1] specificamente progettato per utilizzo ferroviario e posizionato sul cavo di con-

nessione verso terra dello scaricatore;• un dispositivo conta scatti [2] per la registrazione degli impulsi provenienti dal rilevatore toroidale e quindi degli in-

terventi dello scaricatore.Il contascatti è installato sul palo che ospita lo scaricatore, in un apposito contenitore protettivo di adeguato grado IP.I parametri rilevati da tale accessorio possono, in caso di necessità, essere remotizzati tramite sistema di trasmissione dati.

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Caratteristiche generaliNome prodotto: Scaricatore per linea di contatto in cc.

Part number: 100A.0100118

AlimentazioneTensione nominale: 3.600 V continua

Corrente assorbita nominale: trascurabile

Potenza assorbita in standby: trascurabile

Potenza assorbita in normale funzionamento: trascurabile

Corrente di scarica da fulmine (forma d’onda 10-350us): 25.000A

Caratteristiche meccanicheDimensione [mm]: 190 diametro x 1.090 altezza

Peso [kg]: 17 circa

Caratteristiche ambientali e climaticheGrado IP: 55

Temperatura di funzionamento [C]: –25 ÷ 70

Temperatura di immagazzinamento [C]: –40 ÷ 70

Altezza: non rilevante

Umidità relativa: 90% senza condensa

DiagnosticaStrumenti di manutenzione: modulo contascatti

NormeConformità: CEI EN61643-11.

Disponibilità, affidabilità e mantenibilitàMTBF [h]: > 250.000

MTTR massimo [h]: 30’ (escluse le operazioni di messa in sicurezza del sottosistema)

SicurezzaGrado SIL: non applicabile

Certificazioni di sicurezza: prove di laboratorio secondo norma di prodotto CEI EN61643-11.

1. Terminale in rame nichelato. Polo lato +3.6kVcc.2. Involucro cartuccia da 750Vcc.3. Sezione cartuccia da 750Vcc.4. Giunto in rame nichelato per interconnessione

tra cartucce adiacenti.5. Terminale in rame nichelato. Polo lato terra.

In figura, esemplari da 3,6kVcc

Configurazioni possibiliLo scaricatore può essere costituito da un numero diverso di “cartucce” in serie, ciascuna delle quali lavora con una tensione di esercizio pari a 750Vcc.La tabella successiva mostra differenti possibili configu-razioni di scaricatore realizzate per soddisfare diverse esi-genze di impianto.

Tensione TE Cartucce Applicazione specifica

500Vdc 1 Filobus

750/900Vdc 2Metropolitane leggere e tramvie

1,5kVdc 3Linee ferroviarie in DC (Francia)e metropolitane

3kVdc 5Linee ferroviariein DC (Italia)

Composizione dello scaricatore

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