BTS11

PROVA E DIAGNOSTICA DI INTERRUTTORI DI POTENZA

Sintesi: L'aggiunta dell'alimentatore programmabile CPS150 —5 kVA in corrente alternata e continua— accanto al POB35AD già presente trasforma l'analizzatore SA10A in un'unica piattaforma: bobine di apertura e chiusura e motori di carica delle molle provati sullo stesso banco, qualunque sia la loro tecnologia di alimentazione. Ogni alimentatore lavora in ciò per cui è stato progettato e scompare il collo di bottiglia storico degli schemi esclusivamente in corrente continua.

Amperis Products S.L. · Documentazione tecnica · Schema AMP-SA10-CNX-001, Rev. B

La verifica tecnica degli interruttori richiede di far fronte alla varietà di configurazioni elettriche presenti nelle sottostazioni. Per anni le prove sulle bobine di apertura e chiusura con l'analizzatore SA10A si sono basate su alimentatori esclusivamente in corrente continua come il POB35AD. Lo schema si adattava bene alle manovre convenzionali, ma presentava forti limiti energetici nel pilotare motori di carica delle molle alimentati in corrente alternata, fino a compromettere per sovraccarico l'integrità dell'alimentatore stesso. Con l'integrazione del CPS150 —5.000 VA commutabili fra AC e DC, fino a 300 V AC e 424 V DC— quel collo di bottiglia è superato.

Il limite dello schema in sola corrente continua

Il POB35AD resta uno strumento eccellente per ciò che è stato concepito a fare: erogare tensione stabile e filtrata alle bobine di manovra —da 10 a 300 V DC e da 10 a 250 V AC su uscite indipendenti di apertura e chiusura— e alimentare il motore di carica delle molle con fino a 30 A in corrente continua quando la batteria della sottostazione non è disponibile. È il suo ripple inferiore all'1 % in DC a rendere possibile l'analisi affidabile delle tracce di corrente di bobina, e la sua prova automatica della tensione minima di apertura soddisfa i requisiti della IEC 62271-100 e della ANSI C37.09.

Il problema non stava nella qualità dell'alimentatore, ma nella natura della prova. Un motore di carica delle molle in AC presenta un profilo di avviamento —corrente di spunto elevata, alto fattore di cresta, durata di alcuni secondi— che un'uscita progettata per la corrente continua non può sostenere senza degradarsi. Al tecnico restavano due possibilità: rinunciare a provare il motore in condizioni reali di servizio, oppure allestire un secondo banco di prova con un proprio alimentatore in AC, duplicando cablaggi, tempi di collegamento e spazio di lavoro.

L'alimentatore CPS150: 5 kVA programmabili in AC e DC

Il CPS150 è un alimentatore programmabile da banco o da rack 19″ con touchscreen a colori e connettori di potenza sul pannello posteriore. È costruito su elaborazione digitale del segnale e logica programmabile e supporta il controllo completo tramite comandi SCPI.

Tre funzionalità fanno la differenza rispetto a un alimentatore convenzionale. Il supporto di fattori di cresta fino a 5:1 o 6:1, che permette di valutare lo spunto di carichi reali come i motori di carica delle molle. Le rampe di tensione programmabili (slew rate in V/ms), che limitano in modo controllato la corrente di avviamento invece di applicare il gradino completo. E la limitazione di corrente fold-back, che si configura prima di dare tensione e protegge sia la bobina in prova sia gli ingressi dell'analizzatore. A questo si aggiungono lo strumento di misura integrato —fino a quindici grandezze simultanee— e i modi transitori LIST, STEP e PULSE, che aprono la strada a sequenze ripetitive e alla simulazione di disturbi di alimentazione sul circuito di comando dell'interruttore.

Il nuovo schema di collegamento AMP-SA10-CNX-001

Lo schema sviluppato da Amperis consolida la prova simultanea di bobine e motore sfruttando il fatto che l'analizzatore dispone di due blocchi indipendenti di ingresso di alimentazione e ripartendo il lavoro fra i due alimentatori:

Doc. AMP-SA10-CNX-001, Rev. B — Prova di interruttori (AT) con SA10A, CPS150, POB35AD e software BTS11. Conforme al manuale SA10A Rev. 6. La numerazione dei morsetti (450/465, 610/625, 630/645, 730/745) corrisponde a un interruttore di alta tensione preso come esempio tipico.

Ripartizione delle funzioni fra i due alimentatori

Il CPS150 alimenta il blocco delle bobine: la sua uscita L1 (+) va al morsetto Uc della sezione COILS e il suo ritorno L2 (−) raccoglie i negativi delle bobine. Da Uc è l'analizzatore stesso ad alimentare internamente le proprie uscite CLOSE e OPEN, cablate alla bobina di chiusura CL-1 (morsetto 610) e alla bobina di apertura TRIP-1 (morsetto 630). È questa la configurazione impiegata per determinare la tensione minima di manovra (pick-up). Il POB35AD alimenta la sezione AUX: il suo positivo va al morsetto Um, dal quale l'analizzatore alimenta la propria uscita MOTOR verso il morsetto 450, con il ritorno attraverso il 465 direttamente al negativo dell'alimentatore. TRIP-2 (morsetto 730) può essere collegato in parallelo a TRIP-1 oppure ricollegato a OPEN per una seconda prova indipendente.

Il ritorno ai bus COM di entrambe le sezioni non è opzionale in questo schema: è il collegamento che abilita il monitoraggio della tensione, quindi senza di esso si perde la misura di Uc e Um. I negativi delle bobine (625, 645, 745) devono tornare direttamente al bus negativo del CPS150.

Si possono scambiare i ruoli dei due alimentatori?

È la domanda che sorge appena si ha davanti lo schema. Dal punto di vista elettrico sì: entrambi gli alimentatori coprono le portate di tensione e corrente dei due circuiti —il POB35AD eroga da 10 a 250 V AC e fino a 300 V DC con 30 A, e il CPS150 raggiunge 300 V con fino a 46 A nella portata bassa— e l'SA10A è indifferente sotto questo profilo, perché i suoi ingressi Uc e Um accettano fino a 300 V e 32 A ciascuno indipendentemente da quale alimentatore ci sia a monte. Tecnicamente non è consigliabile, per un motivo in ciascun circuito.

Il CPS150 sulle bobine, per la sua regolazione fine

La prova decisiva del blocco bobine è quella della tensione minima di manovra (pick-up): verificare che l'interruttore apra al 70 % della propria tensione nominale di comando e chiuda all'85 %, secondo il criterio della IEC 62271-100. Ciò richiede di abbassare la tensione a gradini precisi e ripetibili e di mantenerli stabili mentre l'analizzatore registra il fronte di corrente della bobina. È esattamente ciò che il CPS150 sa fare meglio: risoluzione di 0,1 V, precisione del ±0,3 % e slew rate programmabili. Destinarlo ad alimentare un motore ne sprecherebbe il punto di forza.

Il POB sul motore, per la sua tolleranza alla corrente di avviamento

Il motore di carica delle molle presenta uno spunto di avviamento pari a diverse volte la propria corrente nominale. Gli alimentatori programmabili elettronici come il CPS150 incorporano la limitazione di corrente fold-back e, di fronte a quello spunto, quella stessa protezione può ridurre la tensione o interrompere l'uscita, lasciando il motore fermo a metà della carica della molla. Il POB35AD è concepito per sostituire la batteria della sottostazione durante la prova: sostiene quello spunto senza cedere e il suo ripple inferiore all'1 % in DC mantiene pulita la traccia di corrente.

La configurazione inversa funziona in condizioni favorevoli, ma è la meno ottimale: si perde precisione nella prova delle bobine e l'elettronica del CPS150 viene sottoposta all'avviamento del motore. Come lo schema è definito, ogni alimentatore lavora in ciò per cui è stato progettato.

Sicurezza: quanto prescrive la revisione 6 del manuale SA10A

Questo schema gestisce tensioni fino a 300 V AC e 424 V DC e correnti elevate sui circuiti di comando della sottostazione. Il paragrafo 3.4.1 del manuale, revisione 6, e l'allegato sul collegamento dell'alimentatore programmabile stabiliscono misure non negoziabili:

• Prefusibili esterni da ≤ 32 A su Uc e Um: nessuno dei due ingressi incorpora un fusibile interno.
• Collegamento della terra di protezione (PE) per primo, prima di qualsiasi altro collegamento.
• Interruttore chiuso e messo a terra almeno da un lato prima di collegarsi a bobine o motore.
• Circuito di comando scollegato dalla sottostazione. Il morsetto isolato ISOL (connettore bianco da 4 mm) esiste proprio per isolare i circuiti di comando ed evitare manovre involontarie.
• Allestimento con l'uscita disabilitata (Output OFF) e l'alimentatore non in tensione; l'uscita si abilita solo quando l'allestimento è completato e verificato.
• Limitazione di corrente (fold-back / OCP) configurata sull'alimentatore prima di dare tensione: il CPS150 può erogare molta più corrente di quella che gli ingressi dell'analizzatore possono accettare.
• Cablaggio prima verso l'analizzatore, poi verso l'oggetto in prova, e connettori a prova di contatto obbligatori.

La tensione di uscita deve corrispondere al valore nominale della bobina o del motore in prova, senza mai superare i limiti di ingresso dell'analizzatore. Vanno distinte due cose: la corrente ammissibile agli ingressi di alimentazione (32 A) e la portata di misura della corrente (fino a 90 A DC sul canale del motore). Quest'ultima descrive ciò che lo strumento è in grado di registrare, non ciò che i suoi morsetti possono portare.

Cosa misura l'SA10A, e con quale precisione

La capacità energetica degli alimentatori vale qualcosa solo se l'acquisizione è precisa. L'SA10A campiona tutti i propri canali in simultanea mediante FPGA, a frequenze fino a 50 kHz, con una base dei tempi di ±0,01 % ±1 campione.

Le uscite CLOSE e OPEN sono comandate a semiconduttore, con un limite di corrente di cortocircuito di 35 A, e la sezione motore è isolata internamente dal blocco bobine: è quella separazione galvanica a rendere possibile far lavorare i due alimentatori nello stesso momento senza accoppiamento fra i circuiti.

BTS11: un'unica console per entrambi gli alimentatori

Tutta la cronometria e l'acquisizione dinamica sono supervisionate in tempo reale dal software BTS11, collegato all'analizzatore via USB (max. 1 m), RS-232 (max. 2 m) o Bluetooth. L'assegnazione si effettua in Setup → Hardware settings → Power supplies, dove ogni unità viene dichiarata con la propria porta e la propria funzione: Close + Trip coil supply per il CPS150 e Motor supply per il POB35AD. La dichiarazione è libera —il software non impone una ripartizione— e deve quindi riprodurre fedelmente il cablaggio fisico e il criterio esposto nel paragrafo precedente. Dalla finestra Power Supply's… si selezionano l'alimentatore e l'uscita, si imposta la tensione e si esegue la manovra, leggendo simultaneamente la tensione e la corrente reali di bobina: è qui che la prova della tensione minima di manovra (pick-up) smette di essere una procedura manuale e diventa una sequenza tracciabile e ripetibile con un rapporto associato.

Dal laboratorio alla linea di produzione

Questa versatilità è particolarmente rilevante nell'ambiente di fabbricazione di quadri e interruttori, dove è già stata adottata come schema di riferimento: la tendenza del settore comprende armadi di comando in cui le bobine di apertura (TRIP-1, TRIP-2) e di chiusura (CL-1), insieme ai motori di carica delle molle, sono progettati per funzionare in corrente alternata o continua a seconda del progetto e del cliente finale. Concentrare la prova di tutta quella varietà su un'unica piattaforma semplifica drasticamente il flusso di lavoro: si riducono i tempi di ricollegamento, scompare la necessità di mantenere più banchi di prova indipendenti e, soprattutto, si uniforma il criterio di misura —tempi di manovra, correnti di bobina e comportamento del motore sono sempre registrati con lo stesso strumento, la stessa base dei tempi e lo stesso formato di rapporto, sia in collaudo in fabbrica sia durante la messa in servizio e la successiva manutenzione in campo.

Conclusione

La sinergia fra l'analizzatore SA10A, il lavoro congiunto dei suoi due alimentatori —il CPS150 che fornisce la regolazione fine richiesta dalla prova delle bobine e il POB35AD la robustezza di fronte allo spunto di avviamento del motore di carica delle molle— e il software di diagnostica BTS11 costituisce una soluzione completa, robusta e sicura per la diagnostica moderna degli interruttori. Garantendo la misura precisa di tempi e correnti in manovre combinate, e facendolo con le misure di sicurezza più rigorose della pratica industriale —sezionamento completo della linea, messa a terra preventiva e isolamento dei circuiti di comando della sottostazione— questo progresso consolida l'SA10A come riferimento per la validazione funzionale degli interruttori di alta e media tensione, indipendentemente dalla loro tecnologia di alimentazione.

Documentazione e contatto

Lo schema completo AMP-SA10-CNX-001 Rev. B, l'allegato sul collegamento degli alimentatori e le schede tecniche del CPS150 e della serie POB sono disponibili tramite l'ufficio tecnico di Amperis.

FONTI DOCUMENTALI

1. Manuale d'uso dell'analizzatore di interruttori SA10A, Rev. 6 (21/02/2023), paragrafi 3.4 e 5.
2. Allegato: collegamento e controllo dell'alimentatore programmabile, Amperis Products S.L., rev. A, cap. 10.
3. Schede tecniche dell'alimentatore programmabile AC/DC CPS150 e del provabobine e alimentatore POB35AD.
4. Schema di collegamento AMP-SA10-CNX-001, Rev. B, Amperis Products S.L., 02/07/2026.
5. IEC 62271-100, apparecchiature di manovra ad alta tensione — interruttori a corrente alternata; ANSI/IEEE C37.09.

Le specifiche sono valide a una temperatura ambiente di +25 °C con gli accessori standard e possono essere modificate dai costruttori senza preavviso. Verificare sempre i dati riportati sulla targa della propria unità.

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