Interruttori differenziali (MCB) DC nei circuiti delle batterie: criteri di selezione e limiti delle prove

La presente guida costituisce una lista di controllo dei dati e delle prove a disposizione di ingegneri e acquirenti. Non fornisce impostazioni per i dispositivi di protezione né sostituisce lo studio sulla protezione dell’impianto. Durante la revisione, tenere il diagramma unifilare e la scheda tecnica esatta del dispositivo in esame affiancati.

Definire il circuito della batteria prima di assegnare un nome all'interruttore

Specificare se il dispositivo proposto è collegato a una stringa di batterie, alla potenza combinata delle batterie, a una diramazione di distribuzione in corrente continua, al collegamento di un convertitore o a un circuito ausiliario. Queste posizioni possono presentare correnti nominali diverse e fonti diverse di potenziali correnti di guasto. Una diramazione con una batteria da un lato e componenti elettronici di potenza dall’altro non dovrebbe essere ridotta a uno schema generico di sorgente e carico.

Registrare gli stati di funzionamento: carica, scarica, isolamento di manutenzione, stringhe in parallelo ed eventuali bypass o alimentazioni alternative. Contrassegnare ciascuno stato sul disegno. L’esercizio aiuta a verificare se la corrente può fluire in entrambe le direzioni e se un interruttore destinato a un determinato terminale di alimentazione possa essere installato come proposto. Non dare per scontato che la corrente di carica e quella di cortocircuito seguano lo stesso percorso.

Descrivere con precisione lo scopo del dispositivo. La protezione da sovracorrente, la commutazione, l’isolamento e lo scollegamento di emergenza non sono caratteristiche intercambiabili. Se è richiesta più di una funzione, le specifiche di progetto devono indicare ciascuna funzione e la documentazione richiesta a sostegno della stessa. Il Categoria degli interruttori automatici miniaturizzati in corrente continua identifica una famiglia commerciale; non stabilisce un regime di tutela.

Rilevare l'intervallo di tensione, non solo la tensione nominale

La tensione ai terminali della batteria varia in base allo stato di carica, alla modalità di funzionamento e alla temperatura. Il progettista del sistema deve specificare i valori massimi e minimi di tensione relativi alla posizione dell’interruttore e identificare le condizioni transitorie o di carica che il dispositivo deve essere in grado di sopportare. Il valore nominale in corrente continua del dispositivo deve essere verificato rispetto alla tensione massima del circuito di riferimento, tenendo conto della sua esatta configurazione in termini di poli e cablaggio.

Il titolo di una voce del catalogo può indicare diverse tensioni corrispondenti a un numero variabile di poli o a diverse configurazioni di collegamento. Non applicare il valore più alto a una configurazione di cablaggio diversa. Richiedere lo schema del produttore che illustra il collegamento in serie dei poli proposto, se del caso, e confrontare tale schema con il disegno del quadro elettrico. Il valore nominale della tensione CA non costituisce prova delle prestazioni in caso di interruzione della corrente continua.

Documentare inoltre lo schema di messa a terra e di collegamento dei conduttori del sistema di batterie. Un progettista deve sapere quali conduttori sono protetti e scollegati, quali rimangono sotto tensione dopo l'intervento e se uno scenario di guasto a terra modifica il percorso della corrente. Si tratta di questioni relative al sistema, non di dettagli che un fornitore di interruttori può dedurre dal valore della tensione nominale.

Determinare la corrente di guasto prevista nella posizione effettiva

Indicare la corrente di cortocircuito prevista ai terminali dell’interruttore per le relative condizioni di funzionamento. Lo studio deve tenere conto del gruppo batteria, dell’interconnessione, dei percorsi in parallelo, dei convertitori e di altre fonti che possono contribuire al verificarsi di un guasto. Non sostituire un valore riportato nella scheda tecnica di una cella, la potenza nominale di un caricabatterie o una capacità generica della batteria al risultato di un guasto specifico per quella sede.

Confrontare il servizio di interruzione calcolato con i dati di interruzione in corrente continua pubblicati per il modello specifico alla tensione e alla configurazione polare pertinenti. Chiarire cosa intende il produttore con la propria indicazione della capacità di interruzione e le relative condizioni di prova o di applicazione. Un dispositivo candidato con una corrente continua adeguata potrebbe comunque risultare inadatto se il suo servizio di interruzione documentato non copre la corrente di guasto disponibile.

Se lo studio è incompleto, indicare la scelta dell'interruttore come provvisoria, anziché inserire un valore di guasto plausibile a titolo provvisorio. Ciò è particolarmente importante nei casi in cui le stringhe di batterie siano collegate in parallelo o il convertitore possa contribuire a un guasto. L'ufficio acquisti può richiedere un intervallo di valori indicativi, ma l'approvazione deve avvenire solo dopo che lo studio elettrico e la documentazione fornita dal produttore siano risultati concordi.

Distinguere la corrente di funzionamento dal coordinamento delle protezioni

Elencare la corrente continua, i picchi previsti di carica e scarica, il comportamento all'avvio e la durata di eventuali transitori normali. Individuare quindi i conduttori e le apparecchiature che l'interruttore è destinato a proteggere. La corrente nominale dell'interruttore deve essere valutata tenendo conto dei fattori di declassamento e delle condizioni ambientali indicati dal produttore; non deve essere scelta semplicemente come il valore di catalogo immediatamente superiore a un singolo valore di carico.

Il tecnico addetto alla protezione deve verificare il comportamento tempo-corrente rispetto ai conduttori, ai dispositivi di protezione a monte e a valle, alle funzioni di gestione della batteria e ai comandi del convertitore. Il comportamento magnetico e termico di un interruttore non può essere dedotto dalla larghezza del suo involucro. Né l’esistenza di un sistema di gestione della batteria elimina la necessità di verificare la funzione di interruzione fisica assegnata all’interruttore.

Chiedere quali condizioni di funzionamento debbano rimanere coordinate e quali casi di guasto debbano provocare l'apertura di un determinato dispositivo. Se la selettività è importante, richiedere le curve del produttore e i risultati degli studi pertinenti. Evitare di garantire la selettività tra due valori nominali di corrente senza prove compatibili relative al rapporto tempo-corrente.

Verificare la polarità, la direzione della sorgente e le regole relative ai terminali

L'interruzione in corrente continua può dipendere dal design interno del sistema di controllo dell'arco e dal modo in cui sono collegati i poli. Leggere attentamente le istruzioni relative alla linea/carico, alla polarità e alla configurazione in serie dei poli del dispositivo specifico. Una corrente di funzionamento normale bidirezionale non garantisce che un interruttore sensibile alla direzione interrompa i guasti da entrambi i lati a ogni tensione specificata. Al contrario, una descrizione “non polarizzata” richiede comunque la conferma del modello esatto per verificarne l'ambito di applicazione.

Posizionare lo schema dei terminali fornito dal produttore accanto allo schema unifilare dell'impianto. Contrassegnare tutte le fonti che potrebbero alimentare un guasto, compresa l'elettronica di potenza collegata, se del caso. Se una possibile direzione di guasto è in conflitto con un collegamento consentito, interrompere la selezione e richiedere un'alternativa o una revisione tecnica formale. L'inversione di polarità in campo di un collegamento non verificato non è una scorciatoia accettabile.

Per un confronto più approfondito delle indicazioni relative alla direzione dei terminali, utilizzare le linee guida approvate sulla polarità prima di redigere la distinta base. Le pagine dei prodotti relative a un Famiglia di interruttori automatici bipolari in corrente continua e un gamma di interruttori magnetotermici in corrente continua per correnti elevate rappresentano utili spunti di riflessione, ma non costituiscono una prova del fatto che una delle due famiglie rientri in questo contesto.

Verificare l'alloggiamento e le condizioni di installazione

Registrare la temperatura ambiente, la temperatura prevista all'interno dell'involucro, l'orientamento di montaggio, la ventilazione, l'altitudine (se pertinente) e lo spazio disponibile sul pannello. Consultare le istruzioni di installazione fornite dal produttore per quanto riguarda la sezione dei conduttori, i terminali, la procedura di serraggio, la distanza di sicurezza e l'eventuale riduzione della potenza per i dispositivi adiacenti. Le prestazioni termiche dipendono dall'assemblaggio effettivo; il valore nominale di corrente riportato a catalogo non è sufficiente a coprire tutte le configurazioni dell'involucro.

Verificare se il dispositivo verrà azionato manualmente, a distanza o esclusivamente come componente di protezione automatico. Se è necessario un punto di isolamento chiudibile a chiave, verificare che il dispositivo in esame sia omologato per tale funzione nella configurazione proposta. Non considerare un piccolo interruttore come un dispositivo completo di scollegamento della batteria semplicemente perché la sua manopola presenta una posizione “OFF”.

Creare una tabella comparativa basata su dati concreti

Campo di decisione	Dati di input del progetto	Prove basate su modelli esatti
Tensione in corrente continua	Tensione massima del circuito in questione	Valutazione dei pali e del cablaggio previsti
Servizio di pronto intervento	Corrente nominale nel punto di installazione	Dati e condizioni relativi alle interruzioni della corrente continua
Attuale	Profilo di funzionamento continuo e transitorio	Istruzioni per la valutazione e il derating
Direzione	Percorsi di carica, scarica e di flusso in caso di guasto	Polarità e istruzioni relative ai terminali
Installazione	Alloggiamento e disposizione dei conduttori	Documentazione relativa al montaggio e ai terminali

Limitate il confronto al codice d’ordine esatto. Se un fornitore invia un catalogo di famiglia anziché una scheda specifica per il modello, elencate i campi non risolti. Un “sconosciuto” documentato è più utile di un “APPROVATO” ipotizzato, perché indica ai reparti di progettazione e approvvigionamento cosa richiedere in seguito.

Cosa includere in una richiesta di preventivo

Indicare il luogo di installazione, la linea singola del sistema, l’intervallo di tensione della batteria, il profilo di corrente continua e transitoria, la corrente di guasto prevista, le direzioni di corrente previste, lo schema di messa a terra, i requisiti relativi ai poli e ai conduttori, le condizioni dell’involucro e la funzione di protezione o isolamento desiderata. Allegare i documenti richiesti: scheda tecnica dettagliata, dati relativi all’interruzione in corrente continua, schema di collegamento, istruzioni di installazione e conferma del codice d’ordine.

Specificare quali dati di input sono stati convalidati e quali sono ancora provvisori. Tale distinzione impedisce che un preventivo venga scambiato per un’approvazione tecnica definitiva. Se il fornitore propone un modello alternativo o un numero diverso di pali, richiedere un confronto aggiornato basato sugli stessi dati di input del progetto. Un prodotto sostitutivo non dovrebbe ereditare l’approvazione del dispositivo originale senza una nuova valutazione.

Utilizza il Procedura di richiesta di informazioni RITOKS per condividere i requisiti documentati, pur mantenendo la responsabilità dello studio di protezione del progetto e dell’approvazione definitiva del progetto. Una richiesta di offerta chiara consente al fornitore di rispondere a domande specifiche sulla compatibilità, anziché dover fare supposizioni sulla base di una formulazione generica come “interruttore per batteria”.”

Domande che gli ingegneri dovrebbero risolvere prima del rilascio

È possibile scegliere un interruttore magnetotermico in corrente continua in base alla capacità della batteria?

No. La portata non indica la tensione massima del circuito, la corrente di guasto all’interruttore, il profilo della corrente di funzionamento né le norme di collegamento. È necessario fornire questi dati specifici del progetto prima di esaminare la documentazione relativa ai prodotti candidati.

La ricarica bidirezionale richiede un interruttore non polarizzato?

È necessario verificare la corrente e la direzione del guasto nella posizione specifica del dispositivo. L'interruttore e il cablaggio appropriati dipendono dal comportamento documentato in ogni stato rilevante. Non considerare un'etichetta generica sulla polarità come una risposta esaustiva.

Un dispositivo quotato viene approvato una volta che la classificazione corrisponde?

No. Verificare la capacità di interruzione, la tensione ai poli previsti, l’orientamento dei terminali, le condizioni di installazione e il coordinamento. L’approvazione deve fare riferimento al modello esatto e alla revisione del disegno esaminati dall’ingegnere.

In conclusione

Iniziare dall’analisi del circuito della batteria e dei relativi guasti; quindi confrontare la documentazione relativa ai modelli esatti. L’analisi più approfondita deve indicare sia la funzione di protezione prevista sia le condizioni in cui l’interruttore magnetotermico in corrente continua (MCB) proposto deve funzionare. Lasciare i valori non definiti in sospeso per la revisione tecnica, piuttosto che trasformare una scheda tecnica della famiglia di prodotti in una dichiarazione di sicurezza.

Riferimenti

• IEC, pubblicazione relativa agli interruttori automatici IEC 60947-2 (consultare l'edizione attuale e la documentazione esatta del prodotto).
• Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, Piano strategico per la sicurezza dello stoccaggio dell'energia (contesto di sicurezza della batteria a livello di sistema).