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Come leggere uno schema unifilare: simboli, valori nominali e flusso di potenza

Come leggere uno schema unifilare (SLD): simboli e valori nominali

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Un diagramma unifilare (SLD), chiamato anche schema unifilare, è una mappa semplificata di un sistema elettrico di potenza. Mostra come fonti, trasformatori, quadri elettrici, sbarre, linee di alimentazione e carichi principali sono collegati senza disegnare ogni conduttore di fase, neutro, cavo di controllo o morsetto.

Il modo più affidabile per leggere un SLD è effettuare due passaggi:

  1. Tracciare la topologia: partire da ogni fonte e seguire il percorso dell'energia attraverso trasformazioni di tensione, ingressi, sezioni di sbarra, dispositivi di protezione, linee di alimentazione e carichi.
  2. Leggere i dati tecnici: ritornare su ogni elemento e registrarne tag, tensione, corrente o potenza nominale, potere di interruzione o di tenuta, rapporto, designazione del conduttore, posizione normale e nota associata.

Iniziare sempre dal blocco del titolo, dalla revisione e dalla legenda. I simboli e le convenzioni di denominazione variano in base allo standard, all'azienda e al progetto. Cosa ancora più importante, un SLD non è la prova che l'apparecchiatura sia diseccitata e non sostituisce le procedure di lavoro approvate, l'identificazione in campo o il test di tensione.

La sequenza di lettura dello schema unifilare

Utilizzare questa sequenza ogni volta che si apre un SLD del sistema elettrico non familiare:

Passo Cosa identificare Domanda a cui il disegno dovrebbe rispondere
1. Stabilire il contesto Titolo, numero del disegno, revisione, data, ambito, legenda e note Questo è il disegno aggiornato per l'apparecchiatura e lo stato operativo in esame?
2. Trova ogni fonte Rete, generatore, secondario del trasformatore, UPS, inverter o alimentazione di collegamento Dove può entrare energia nel sistema elettrico mostrato?
3. Contrassegna i livelli di tensione Tensione nominale presso ogni fonte, trasformatore e sbarra Dove cambia la tensione e quale apparecchiatura appartiene a ciascuna zona di tensione?
4. Traccia sbarre e collegamenti Sbarra principale, sbarra sezionata, sbarra di sezione, accoppiatore di sbarre e bypass Quali sezioni possono essere alimentate insieme o separatamente?
5. Leggere commutazione e protezione Interruttori automatici, fusibili, sezionatori, contattori e relè di protezione Cosa può interrompere, isolare, trasferire o comandare ciascun circuito?
6. Seguire le linee di alimentazione verso i carichi Cavi, condotti sbarre, quadri, motori, banchi di condensatori e altri carichi Cosa alimenta ciascun circuito in uscita?
7. Verificare lo stato operativo Note su normalmente aperto/chiuso, interblocchi, logica di trasferimento e riferimenti incrociati Qual è il percorso normale e quali percorsi alternativi sono possibili?

Percorso di lettura dalla sorgente al carico per uno schema unifilare del sistema elettrico

Cosa mostra uno schema elettrico unifilare

Il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti descrive un SLD come una rappresentazione simbolica semplificata che fornisce una visione d'insieme dei componenti e delle interconnessioni di un sistema elettrico. Tale definizione contiene due importanti limiti: semplificata e di alto livello.

Un SLD mostra comunemente:

  • fonti di alimentazione e tensioni nominali di sistema;
  • trasformatori e le loro caratteristiche nominali principali;
  • quadri elettrici, quadri di distribuzione, quadri di comando e sezioni di sbarre;
  • interruttori automatici, fusibili, sezionatori e dispositivi di trasferimento;
  • principali funzioni di misura e protezione;
  • linee di alimentazione, specifiche principali dei conduttori o dei cavi e apparecchiature di destinazione;
  • disposizioni di messa a terra o del neutro quando rilevanti per la progettazione del sistema elettrico;
  • posizioni normali degli interruttori e percorsi di alimentazione alternativi;
  • etichette delle apparecchiature e riferimenti a tabelle o altri disegni.

Una linea disegnata non non significa necessariamente un singolo conduttore fisico. Può rappresentare un circuito trifase completo, un cavo multipolare o un'altra connessione raggruppata definita dalla convenzione del disegno. Il numero di fasi, il neutro, il conduttore di terra di protezione, la struttura del cavo e i percorsi in parallelo devono essere ricavati da etichette, note, tabelle o disegni di supporto.

Cosa non dimostra uno schema unifilare

Anche uno schema unifilare dettagliato normalmente non può dimostrare:

  • il cablaggio fisico da morsetto a morsetto;
  • il percorso dei conduttori, la curvatura, l'ingresso dei pressacavi o la disposizione del quadro;
  • l'effettiva posizione attuale di un dispositivo di campo;
  • che un circuito sia isolato o sicuro al contatto;
  • le impostazioni finali dell'interruttore automatico o del relè, a meno che non siano esplicitamente registrate;
  • selettività della protezione, energia incidente o corrente di guasto disponibile senza le ipotesi di studio a supporto;
  • conformità dell'installazione, esecuzione dei lavori o condizioni dell'apparecchiatura;
  • se siano state apportate modifiche non documentate sul campo.

Trattare lo SLD come la mappa del sistema, non come l'intero pacchetto di prove.

Passaggio 1: Tracciare la topologia del sistema

Il primo passaggio risponde a una domanda: Come può l'energia elettrica muoversi attraverso questo sistema? Ignorare la maggior parte delle specifiche nominali dettagliate finché il percorso non è chiaro.

1. Controllare il riquadro delle iscrizioni, la revisione e la legenda

Prima di tracciare una linea, confermare che il documento appartenga all'impianto, all'assieme o al progetto che si ha di fronte. Verificare:

  • titolo e numero del disegno;
  • identificativo di emissione o revisione;
  • descrizione e data della revisione;
  • stato del disegno, come preliminare, as-built o superato;
  • riferimenti dei fogli e indicatori di continuazione;
  • legenda dei simboli, elenco delle abbreviazioni e note di progetto;
  • posizioni normali dichiarate o assunzioni operative.

Un disegno obsoleto letto perfettamente fornisce comunque un modello di sistema errato. Se le etichette delle apparecchiature in campo non corrispondono al disegno, fermarsi e risolvere la discrepanza invece di tirare a indovinare.

2. Identificare tutte le possibili fonti

Non dare per scontato che l'ingresso dell'utenza sia l'unica fonte. Esaminare l'intero foglio e i fogli correlati per:

  • utenza o ingresso di servizio;
  • generatore di standby o di emergenza;
  • secondario del trasformatore alimentato da un altro disegno;
  • uscita del gruppo di continuità (UPS);
  • inverter fotovoltaico o sistema di accumulo di energia a batteria;
  • bus tie o interconnessione da un altro quadro elettrico;
  • apparecchiature in grado di ricevere alimentazione di ritorno (backfeed) ove il progetto lo consenta.

Contrassegnare ogni fonte e registrare la tensione nominale, la frequenza, la disposizione delle fasi e le informazioni sulla messa a terra quando indicate. Un commutatore di trasferimento, un accoppiatore di bus o un tie normalmente aperto possono creare un secondo percorso di energizzazione facile da trascurare se si legge solo da sinistra a destra.

3. Seguire ogni trasformazione di tensione

I trasformatori dividono lo schema in zone di tensione. Leggere il collegamento dal lato primario al lato secondario, quindi annotare qualsiasi avvolgimento terziario o neutro derivato separatamente indicato.

Le annotazioni tipiche dei trasformatori possono includere:

  • potenza apparente nominale in kVA o MVA;
  • tensioni primaria e secondaria;
  • fase e frequenza;
  • collegamento degli avvolgimenti o gruppo vettoriale;
  • impedenza percentuale;
  • sistema di messa a terra;
  • gamma di regolazione o presa selezionata, se documentata.

Questi valori svolgono funzioni diverse. Il rapporto di trasformazione identifica la transizione del sistema. La potenza nominale in kVA indica la capacità nominale in condizioni dichiarate. L'impedenza percentuale è un dato di ingresso per i calcoli della caduta di tensione e della corrente di guasto; non è una taratura dell'interruttore automatico e non fornisce di per sé la corrente di guasto finale su una sbarra a valle.

4. Mappare sbarre, sezioni e collegamenti

Una linea orizzontale o verticale spessa rappresenta spesso una sbarra, ma è necessario seguire la legenda del progetto piuttosto che affidarsi solo allo spessore della linea. Assegnare a ogni sezione di sbarra un identificativo temporaneo se il disegno non ne fornisce già uno.

Cercare:

  • sbarra principale e sbarre di sezione;
  • tensione di bus e valore nominale di corrente continua;
  • corrente di breve durata ammissibile o valore nominale di cortocircuito ove indicato;
  • dispositivo di accoppiamento bus normalmente aperto o normalmente chiuso;
  • interblocchi che impediscono il parallelo non intenzionale delle sorgenti;
  • riferimenti di continuazione ad altri fogli.

Non considerare una connessione disegnata come prova che due sorgenti siano autorizzate a funzionare in parallelo. Ciò richiede la filosofia operativa documentata, la capacità dell'apparecchiatura, gli interblocchi e lo schema di protezione.

5. Separazione delle funzioni di commutazione, sezionamento e protezione

Due dispositivi che appaiono entrambi in serie possono avere compiti molto diversi:

  • Un interruttore di circuito può stabilire, trasportare e interrompere la corrente entro i suoi valori nominali e fornisce o collabora con funzioni di protezione.
  • Un fusibile interrompe la sovracorrente tramite la fusione del suo elemento fusibile e deve essere sostituito dopo l'intervento.
  • Un sezionatore o isolatore stabilisce l'isolamento entro il suo uso nominale e approvato; potrebbe non fornire protezione contro le sovracorrenti.
  • Un sezionatore-interruttore combina funzioni di commutazione e isolamento entro i suoi valori nominali dichiarati.
  • Un contattore esegue frequenti commutazioni controllate elettricamente ma normalmente si affida a una protezione separata contro cortocircuito e sovraccarico.
  • Un interruttore di trasferimento seleziona tra le fonti; la sua protezione e la disposizione di commutazione del neutro dipendono dalla progettazione del sistema elettrico.

Se un simbolo del dispositivo non è familiare, consultare prima la legenda del disegno. Successivamente, consultare un riferimento di simboli appropriato. VIOX mantiene un più ampio Tabella dei simboli elettrici IEC e ANSI più riferimenti mirati per simboli degli interruttori automatici e simboli dei fusibili.

6. Tracciare ogni linea di alimentazione verso una destinazione denominata

Seguire ogni dispositivo di protezione in uscita fino alla sua destinazione. Il punto finale può essere un altro quadro, un centro di controllo motori, un quadro di distribuzione, un motore, una batteria di condensatori, un UPS, un raddrizzatore o un riferimento incrociato ad un altro foglio.

Registrare insieme l'identificativo della linea di alimentazione e la destinazione. Ciò evita un comune errore di lettura: interpretare un interruttore automatico solo dalla sua taratura, trascurando ciò che effettivamente alimenta.

Le annotazioni sulle linee di alimentazione possono indicare il materiale del conduttore, il numero di conduttori, la sezione, la designazione dell'isolamento, il numero di percorsi in parallelo, il tipo di condotto o cavo e i dettagli del conduttore di protezione. Poiché la notazione varia notevolmente, non dedurre un assemblaggio completo del cavo da un singolo numero o abbreviazione.

7. Ricostruire i percorsi di alimentazione normale e alternata

Dopo aver tracciato ogni ramo, descrivere il sistema con un linguaggio semplice:

Nello stato normale, la sorgente A alimenta la sezione di sbarra A e la sorgente B alimenta la sezione di sbarra B. L'accoppiatore di sbarre è normalmente aperto. Se un ingresso non è disponibile, la sequenza di trasferimento approvata può aprire tale ingresso e chiudere l'accoppiatore, subordinatamente ai blocchi e alla capacità della sorgente rimanente.

Questa affermazione è valida solo se le note del disegno e i documenti operativi la supportano. Per i sistemi con apparecchiature di trasferimento, la guida allo schema di cablaggio dell'ATS VIOX spiega la differenza tra percorsi di potenza, circuiti di rilevamento, contatti di avvio e trattamento del neutro senza trasformare lo schema unifilare (SLD) in un cablaggio a livello di morsetto.

Passaggio 2: Leggere tag, valori nominali e annotazioni

Una volta chiarita la topologia, effettuare una seconda analisi. Leggere il testo attorno a ciascun simbolo con la stessa attenzione riservata al simbolo stesso.

Metodo a due passaggi per la lettura della topologia SLD e dei dati tecnici

Utilizzare una regola di interpretazione a tre colonne

Per ogni annotazione importante, chiediti:

  1. Cosa viene dichiarato? Registra il testo esatto e l'unità di misura.
  2. Cosa mi permette di concludere? Mantieni la conclusione entro l'ambito della specifica nominale.
  3. Cosa richiede ancora una verifica? Identifica la scheda tecnica, il registro delle impostazioni, il programma, lo studio o il controllo in campo necessari successivamente.
Annotazione del disegno Cosa può indicare Cosa non dimostra di per sé
Bus 400 V, 1600 A Tensione nominale del bus e corrente nominale continua dichiarata Corrente di guasto disponibile, corrente di breve durata ammissibile, carico attuale o aumento di temperatura
Trasformatore 1000 kVA, 11/0.4 kV, Z = 6% Capacità nominale, rapporto di trasformazione e impedenza dichiarata in ingresso Corrente di guasto secondaria esatta senza sorgente, tolleranza e dati del conduttore
Breaker (Interruttore) 800 AF / 630 AT Tipicamente una taglia di telaio dichiarata e una taratura dello sganciatore o del sensore secondo la convenzione di disegno Impostazioni effettive per sovraccarico (long-time), ritardo intenzionale (short-time), istantaneo o guasto a terra
Breaker (Interruttore) Icu 36 kA o un altro valore di interruzione Un potere di interruzione dichiarato secondo una norma di prodotto specifica e una tensione Idoneità a meno che la corrente di cortocircuito presunta, la base normativa e tutte le condizioni non siano verificate
CT 800/5 A Rapporto nominale primario-secondario del trasformatore di corrente Precisione, carico, polarità e correttezza del cablaggio di contatori o relè
Linea di alimentazione 4C × 185 mm² Cu Indicazione specifica di progetto per conduttore o cavo Metodo di installazione, disposizione in parallelo o portata di corrente, a meno che la notazione e il computo non li definiscano
Motore 90 kW Potenza nominale meccanica o elettrica dell'apparecchiatura secondo la convenzione di progetto Corrente di avviamento, rendimento, fattore di potenza o impostazioni di protezione richieste
NO. o NC. Stato normale definito nelle note del disegno Posizione effettiva in campo al momento dell'intervento

Abbreviazioni come AF, AT, NO e NC sono comuni ma non universali. Utilizzare la legenda e la documentazione dell'apparecchiatura per confermare il loro significato specifico per il progetto.

Le etichette dei dispositivi collegano lo schema unifilare (SLD) al sistema elettrico reale

Un'etichetta come QF-101, 52-MAIN, T1 o MDB-1 è più di una semplice etichetta. Collega il simbolo a tabelle, targhette, impostazioni di protezione, registri di prova, elenchi dei cavi e alla risorsa fisica.

Se lo schema unifilare (SLD) utilizza i numeri di funzione dei dispositivi ANSI/IEEE, leggili come identificatori di funzione piuttosto che come valori nominali delle apparecchiature. IEEE C37.2-2022 è l'attuale standard IEEE per i numeri di funzione, gli acronimi e le designazioni dei contatti dei dispositivi nei sistemi di alimentazione elettrica. Esempi comuni riscontrati nei disegni dei sistemi di alimentazione includono 50 per sovracorrente istantanea, 51 per sovracorrente temporizzata, 52 per un interruttore automatico AC, 27 per sottotensione e 59 per sovratensione. Prefissi e suffissi possono modificare o perfezionare il significato, pertanto la legenda del progetto e la documentazione di protezione rimangono vincolanti.

Leggere le funzioni di protezione separatamente dall'hardware dell'interruttore

Il simbolo di un interruttore indica l'esistenza di un dispositivo di manovra e interruzione. Non mostra necessariamente quali funzioni di protezione siano attive, come siano impostate o se un relè esterno emetta il comando di sgancio.

Per ogni circuito protetto, verificare:

  • tipo di unità di sgancio o etichetta del relè;
  • riferimenti alla funzione di sovracorrente;
  • rapporti dei trasformatori di corrente;
  • funzione di guasto a terra o di corrente residua;
  • note su bobina di sgancio, sganciatore di minima tensione o sgancio interbloccato;
  • riferimento alla scheda di taratura o allo studio di coordinamento;
  • dispositivi di protezione a monte e a valle.

Non dedurre mai la selettività dal fatto che due interruttori automatici abbiano correnti nominali diverse. Il coordinamento dipende dalle caratteristiche effettive dei dispositivi, dalle tarature, dai livelli di guasto e dallo studio applicabile.

Esempio pratico: Lettura di uno schema unifilare in bassa tensione semplificato

Considerare questo sistema illustrativo. È deliberatamente semplificato e non è un disegno costruttivo:

11 kV utility
     |
 Dispositivo di protezione MT
     |
 T1 — 1000 kVA, 11/0.4 kV, Z = 6%
     |
 Interruttore automatico BT principale QF-1
     |
 Sbarra principale 400 V MDB-1
     |--------------------|--------------------|
 Partenza QF-11            Partenza QF-12         Tie QF-T (N.A.)
     |                         |                    |
 MCC-1                    DB-LIGHTING          MDB-2

Primo passaggio: stabilire la topologia

L'utility è la fonte a monte mostrata. T1 trasforma la tensione da 11 kV a 400 V. QF-1 è il principale dispositivo di manovra/protezione in bassa tensione che alimenta la sbarra MDB-1. Due partenze in uscita alimentano MCC-1 e DB-LIGHTING. Un tie normalmente aperto può collegare MDB-1 a MDB-2, ma il solo schema non dimostra quando la chiusura del tie sia consentita.

Secondo passaggio: interrogare le etichette

  • 1000 kVA definisce la capacità nominale del trasformatore, non il carico effettivo.
  • 11/0.4 kV definisce il rapporto di trasformazione nominale.
  • Z = 6% è rilevante per i calcoli del sistema elettrico, ma l'impedenza della sorgente e l'impedenza del conduttore a valle sono comunque necessarie per un risultato attendibile della corrente di guasto.
  • NO. indica la posizione normale documentata del collegamento; non conferma la posizione attuale sul campo.
  • L'assenza di portate nominali visibili dell'alimentatore in questa vista semplificata significa che sono necessari l'elenco dei cavi, l'elenco degli interruttori automatici o un altro foglio prima di valutare l'idoneità del conduttore o del dispositivo di protezione.

Scrivere le domande irrisolte

Una revisione competente non forza il disegno a rispondere a ciò che non contiene. Per questo esempio, le prossime domande sono:

  • Qual è il livello di cortocircuito disponibile alla connessione di rete?
  • Quali sono gli standard esatti, le tensioni nominali, le capacità di interruzione e le impostazioni di QF-1, QF-11 e QF-12?
  • Quali interblocchi e procedure operative controllano QF-T?
  • Il T1 può trasportare il carico combinato se l'MDB-2 è alimentato tramite il collegamento?
  • Dove sono definiti gli schemi del neutro e della terra di protezione?
  • Questa revisione è coerente con le etichette sul campo e con l'ultimo elenco delle apparecchiature?

Quell'elenco è un risultato positivo della lettura dello SLD. Separa la topologia nota dalle prove tecniche mancanti.

Simboli essenziali: Imparare la funzione, quindi consultare la legenda

Il Database IEC 60617 contiene i simboli grafici IEC utilizzati negli schemi elettrotecnici. Il Comitato Tecnico 3 dell'IEC identifica tale database come la fonte standard IEC per i simboli degli schemi. Tuttavia, i disegni reali possono utilizzare convenzioni IEC, ANSI/IEEE, nazionali, specifiche dell'azienda o obsolete.

Invece di memorizzare una forma del disegno senza contesto, classificare ogni simbolo in base alla funzione:

Gruppo funzionale Elementi tipici Domanda di lettura
Fonte e conversione Rete elettrica, generatore, trasformatore, UPS, inverter Cosa produce o modifica l'alimentazione elettrica?
Percorso di conduzione Sbarra, linea di alimentazione, cavo, condotto sbarre, nodo di connessione Quali apparecchiature sono collegate elettricamente a livello di sistema?
Commutazione e sezionamento Interruttore automatico, interruttore, sezionatore, contattore, commutatore di trasferimento Cosa può aprire, chiudere, isolare o trasferire il percorso?
Protezione Unità di sgancio dell'interruttore automatico, fusibile, funzione di relè, SPD Quale condizione anomala viene rilevata o interrotta?
Misurazione CT, VT/PT, misuratore, trasduttore Quale grandezza viene misurata e attraverso quale rapporto?
Carico Motore, quadro elettrico, riscaldatore, banco di condensatori, convertitore Dove viene erogata o convertita l'energia?
Messa a terra e neutro Messa a terra/terra, punto neutro, collegamento equipotenziale Quale relazione di messa a terra o di neutro è mostrata esplicitamente?

Questo metodo funzionale è più robusto rispetto al presupporre che ogni rettangolo sia un interruttore automatico o che ogni contatto aperto sia un sezionatore.

Schema unifilare vs schema di cablaggio, schema elettrico e layout

Questi documenti possono descrivere la stessa installazione a livelli differenti. Non sono intercambiabili.

Differenza tra una mappa topologica SLD e uno schema di cablaggio fisico

Documento Scopo principale Solitamente mostra Solitamente non mostra
Schema unifilare Topologia del sistema e valori nominali principali Fonti, livelli di tensione, sbarre, dispositivi principali, linee di alimentazione e carichi Ogni conduttore, morsetto e percorso fisico
Schema elettrico o diagramma funzionale Logica del circuito funzionale Contatti, bobine, logica a relè, relazioni di controllo e sequenza operativa Posizionamento fisico o percorso esatto dei cavi
Schema di cablaggio o di collegamento Collegamenti elettrici fisici Morsetti, identificatori dei conduttori, anime e punti di connessione Architettura di potenza completa a livello di sistema
Layout del quadro o disposizione generale Costruzione fisica e posizione Posizionamento dei dispositivi, dimensioni, distanze di rispetto e disposizione dell'involucro Logica elettrica completa o ogni connessione
Tabella cavi Definizione dei cavi e registro di instradamento Etichetta del cavo, origine, destinazione, anime, sezione e dati di percorso Logica completa di commutazione e protezione

Utilizzare lo schema unifilare (SLD) per decidere quale documento di supporto è necessario successivamente. Ad esempio, un SLD può identificare un commutatore automatico tra due fonti, mentre lo schema elettrico definisce i collegamenti di rilevamento, avviamento del generatore e stato.

Foglio di lavoro pratico per la revisione di SLD

Completare questo foglio di lavoro prima di utilizzare il disegno per la pianificazione, la preparazione della manutenzione, la revisione degli approvvigionamenti o la discussione tecnica.

Controllo documenti

Topologia

Dati tecnici

Condizioni di verifica e di arresto

Confine di sicurezza: un diagramma non è una procedura di isolamento

Uno schema unifilare (SLD) può aiutare a identificare le fonti e i dispositivi di sezionamento, ma non può stabilire una condizione di lavoro elettricamente sicura. Nei luoghi di lavoro negli Stati Uniti che rientrano nel suo ambito, OSHA 29 CFR 1910.333 richiede pratiche di diseccitazione, lockout/tagout e verifica; le apparecchiature che sono state spente ma non adeguatamente bloccate/etichettate e verificate non devono essere considerate sicure a priori.

Per qualsiasi attività sul campo, seguire la legge applicabile, il programma di sicurezza elettrica del sito, la procedura di commutazione approvata e le istruzioni dell'apparecchiatura. Solo le persone qualificate devono eseguire lavori che le espongono a parti elettriche sotto tensione. Se lo SLD è obsoleto, ambiguo o incoerente con l'installazione, fermarsi e correggere il problema di controllo documentale prima di farvi affidamento.

Fonti e norme