I gruppi soccorritori: quando manca l’alimentazione

I soccorritori sono macchine elettriche che permettono di avere in condizioni di emergenza, ossia in assenza di alimentazione ordinaria, una riserva di energia per l’alimentazione di utenze privilegiate normalmente destinate alla sicurezza. In generale un soccorritore è composto da un circuito elettronico per la ricarica e la conversione e da batterie. In presenza di rete il sistema provvede alla ricarica della batteria e alla mancanza di alimentazione fornisce energia ai carichi prelevandola dagli accumulatori precedentemente caricati. L’autonomia ottenibile dipende dalla quantità di energia accumulata dalla batteria. I soccorritori si distinguono fondamentalmente in base al tipo di energia richiesta dagli utilizzatori per cui si avranno gruppi con uscita in corrente continua che forniscono energia prelevata direttamente dalle batterie e gruppi con uscita in corrente alternata che prelevano corrente continua dalle batterie e tramite un invertitore la trasformano in corrente alternata.
Il gruppo soccorritore è un’apparecchiatura in grado di alimentare circuiti utilizzatori in assenza dell’alimentazione ordinaria, prelevando l’energia precedentemente accumulata in una batteria; è un sistema quindi che in presenza di rete provvede alla ricarica della batteria, mentre in black-out fornisce energia ai carichi esterni.

IN CORRENTE CONTINUA
Sono, in pratica, dei raddrizzatori che convertono il segnale alternato in segnale continuo, ricaricano le batterie di accumulatori e contemporaneamente alimentano in modo permanente o non permanente delle utenze privilegiate.
Un soccorritore in corrente continua è costituito da alcune parti fondamentali.
Circuito di comando e controllo. Costituisce il cervello dell’apparecchiatura e pilota il circuito di potenza.
Circuito di potenza. Realizza la conversione di potenza e utilizza o la tecnologia Scr, oppure i transistors, o ancora i Mosfet o gli Igbt.
Ci sono poi le protezioni costituite da interruttori e fusibili in ingresso e uscita dall’ apparecchiatura e la batteria che rappresenta l’elemento più importante del complesso.
I soccorritori in c.c. si presentano in diverse tipologie.
Soccorritore ad un ramo (figura 1) ossia un’apparecchiatura con un’unica unità di conversione con tensione di uscita stabilizzata, collegata in tampone con una batteria di accumulatori , che quindi ricarica, e, in contemporanea, alimenta permanentemente il carico. In caso d’interruzione dell’alimentazione, la batteria inizia a scaricare; quando torna la tensione di rete, il raddrizzatore inizia il ciclo di carica della batteria e contemporaneamente ritorna ad alimentare il carico permanente. Se viene richiesta una corrente superiore a quella nominale del raddrizzatore, interviene la protezione e la batteria partecipa alla fornitura del carico eccedente. In un tale tipo di soccorritore, essendo la batteria in tampone, la tensione al carico sarà quella della batteria e quindi di valore dipendente dallo stato di carica della stessa.
Soccorritore a due rami (figura 2) è un’apparecchiatura costituita da due unità di conversione: una è destinata alla alimentazione dei carichi permanenti e l’altra alla ricarica della batteria di accumulatori. Esso appartiene alla categoria per servizio permanente. Le due unità sono indipendenti e in presenza di rete interagiscono tra loro tramite la presa intermedia con diodo di blocco che ha la funzione di evitare l’interruzione di tensione in mancanza di rete. Il ramo batteria fornisce una tensione di uscita stabilizzata il cui valore dipende dal tipo di batteria; il ramo per l’alimentazione dei carichi può presentare all’uscita una tensione stabilizzata o non stabilizzata a seconda delle utenze da alimentare. Quando è presente la tensione di rete, il ramo alimentazione carichi alimenta il carico con una tensione corrispondente alla tensione nominale, mentre il ramo carica batterie mantiene la carica della batteria installata; quando manca la tensione di rete, grazie alla commutazione del contattore interno, il carico viene alimentato dalla batteria che inizia così a scaricarsi. Al ritorno della tensione di rete, il ramo di alimentazione carichi torna a svolgere il suo servizio e il ramo carica batteria a caricare a fondo la batteria. Un tale tipo di soccorritore è utile da utilizzare quando le utenze previste non possono accettare la tensione al valore di ricarica delle batterie, laddove queste richiedano tensioni di ricarica elevate come nel caso di batterie al piombo a vaso aperto o al Ni-Cd .
Soccorritore per lampade scialitiche (figura 3) è un apparecchiatura per l’alimentazione di queste particolari lampade usate nelle sale operatorie e che possono funzionare a 24 V sia in c.c. che in c.a. per cui il soccorritore è del tipo misto. È costituita da un carica batterie, da un trasformatore di sicurezza con uscita 24 V in c.a. che, in presenza di rete, alimenta la lampada in modo permanente e da un gruppo di commutazione composto da un contattore interbloccato per lo scambio tra uscita in c.c. e c.a. Se vengono adoperate lampade già contenenti il trasformatore di sicurezza e il gruppo di commutazione, può usarsi un soccorritore ad un solo ramo che ha la sola funzione di carica batterie. In presenza di rete, la lampada è alimentata tramite il trasformatore di sicurezza a 24 V in c.a. e il soccorritore fornisce la carica di mantenimento della batteria tramite il carica batterie elettronico automatico con regolazione chopper a Igbt; in mancanza di rete, con lo scambio del contattore interbloccato, la lampada viene alimentata dalla batteria che inizia a scaricarsi; al ritorno della rete, la lampada viene di nuovo alimentata da essa attraverso il trasformatore di sicurezza e il soccorritore inizia il ciclo di carica della batteria.
Le tecnologie adoperate nei sistemi di conversione dei soccorritori in c.c. sono diverse.
Sistema a diodi controllati (Scr). Sono in genere costituiti da un ponte a tiristori del tipo totalmente controllato che, tramite la parzializzazione della corrente alternata sinusoidale trifase, produce una tensione continua stabilizzata che filtrata è in grado di ricaricare qualunque tipo di accumulatore. Il sistema a diodi controllati è impiegato nel campo delle medie e grandi potenze, quindi oltre 10 kW.
Sistema a Mosfet (chopper). Il sistema chopper viene usato nel campo di potenze sotto i 10 kW, sia con alimentazione monofase che trifase; esso presenta i vantaggi di un buon rendimento, un basso ripple e una buona stabilità.
Sistema switching. Questo sistema presenta lo svantaggio di non avere il trasformatore d’isolamento e quindi di avere le parti attive direttamente collegate alla rete; ciò lo rende soggetto alle perturbazioni provenienti dalla rete e ne riduce l’affidabilità.
Sistema modulare ridondante (figura 4). È un sistema costituito da più unità collegate tra loro in parallelo per ottenere una maggiore potenza e una ridondanza del sistema. Ciascuna unità è autonoma e indipendente ed è costituita da un modulo chopper, ossia da alimentatori stabilizzati con regolazione chopper a Igbt a 20 kHz composti da trasformatore d’isolamento con schermo tra il primario e il secondario, raddrizzatore ad onda piena, gruppo Igbt di potenza, filtro di livellamento in ingresso e in uscita e protezioni. Il principio di funzionamento è la modulazione Pwm realizzata da un dispositivo di controllo su ogni stadio di Igbt di potenza comandati in commutazione veloce con frequenza di commutazione di 20 kH. Per il tipo di modulazione on/off della corrente sugli Igbt si hanno basse perdite ed elevati rendimenti di conversione con la possibilità di avere dispositivi di elevata potenza con temperature di funzionamento contenute; da ciò consegue una elevata affidabilità.

IN CORRENTE ALTERNATA
Le parti che normalmente li compongono sono le seguenti.
Un carica batterie, ossia un raddrizzatore stabilizzato monofase o trifase.
Un inverter, destinato a convertire la tensione continua della batteria in tensione alternata monofase o trifase, con onda quadra o sinusoidale.
Un gruppo di commutazione, realizzato con contattori di potenza se si tratta di un soccorritore short-break , figura 5, vale a dire che il collegamento del carico all’inverter in mancanza della rete ordinaria può avvenire con un tempo d’intervento minore di 0,5 secondi.
Un commutatore statico, costituito da un commutatore a Scr, se si tratta di un soccorritore no-break (figura 6), vale a dire che il collegamento del carico all’inverter in mancanza di rete deve avvenire senza interruzioni.
Il circuito di comando e controllo, che provvede al pilotaggio del circuito di potenza.
Il circuito di potenza, che realizza la conversione di potenza e i cui componenti possono essere SCR, transistors o IGBT.
Le protezioni, ossia interruttori e/o fusibili sia in ingresso che in uscita.

SCELTA DEL SOCCORRITORE
Per la scelta della potenza di un soccorritore non è sufficiente sommare la potenza di targa dei vari utilizzatori, ma bisogna tener conto dei rendimenti e degli spunti all’avviamento. Occorre poi considerare che i soccorritori in c.c., quando entrano in funzione, collegano la batteria direttamente ai morsetti di uscita per cui, presentando essa una corrente di spunto che può essere fino a 20 volte la corrente nominale in A/h, rende i soccorritori in c.c. particolarmente adatti per carichi con forti correnti di avviamento.
I soccorritori in c.a. forniscono invece una corrente che viene convertita da circuiti elettronici che non possono sopportare correnti molto intense, per cui le correnti di spunto disponibili in questi soccorritori sono, in genere, solo del 50% maggiori di quelle nominali e quindi non sono adatti per carichi con forti correnti di spunto; per carichi come frigoriferi, compressori è più conveniente usare allora gruppi elettrogeni.

I LOCALI PER SOCCORRITORI
I locali che devono ospitare i soccorritori destinati a funzioni di emergenza devono essere appropriati e accessibili solo a persone addestrate; devono essere convenientemente ventilati, in modo da impedire la propagazione di eventuali fumi e gas; inoltre il soccorritore deve essere installato a posa fissa e in modo tale da non essere influenzato da eventuali guasti all’alimentazione ordinaria. Se si tratta di installazioni riguardanti locali di pubblico spettacolo, l’ambiente deve essere di costruzione antincendio e sottratto, per quanto possibile all’azione immediata di un eventuale incendio; inoltre deve avere un’areazione naturale verso l’esterno e accessibile direttamente o, almeno, senza attraversare gli ambienti accessibili al pubblico.

 

(Fonte:Giuseppe Donnarumma tratto da ‘Elettricoplus’)