Rilevazione precoce e gestione dei guasti d'arco nei circuiti elettrici delle gallerie stradali // Immediate detection and management of arc faults in the electric circuits of road tunnels

Road tunnels are high-risk environments, especially in the event of a fire. These environments are at a high technological level, as they are equipped, as required by the regulations, with complex systems to prevent accidents and reduce the severity of the consequences. The safety of a tunnel depends on the reliability of equipments and their electrical supply circuits. Detection of faults in electrical circuits is essential for the correct operation of all tunnel systems and for maintenance management.This study deals with a system for detecting arc faults with AFDD (Arc Fault Detection Device), optimized for electrical circuits in road tunnels.Arc faults are a particular type of electrical faults that can occur in parallel, towards earth and in series to a circuit. These faults easily lead to the functional loss of the circuit and often cause a fire. Arc faults are difficult to detect, particularly when they are in series to the circuits. Serial arc faults are not perceived by the common protection devices (fuse, Miniature Circuit Breaker and Residual Current Device), so to face them we usually use programmed maintenance and sensors that detect the effects of the arc, such as temperature sensors, flame and smoke detectors. Today with the AFDD it is possible to detect the waveform generated by an arc fault in an electric circuit, but these devices are currently built for domestic or similar environments and can be critical if applied to particular circuits.To overcome the critical issues related to the use of AFDD in tunnels, this study proposes a modified device and an innovative architecture of the detection system to use AFDD in road tunnels. This new system can give an immediate detection of the arc fault and a high availability of the protected circuits. In general, the proposed solution can be a valid help against the series fault, so a good system to increase the safety of the road infrastructure.

Le gallerie stradali sono ambienti ad alto rischio, soprattutto in caso di incendio, a causa delle conseguenze di elevata gravità che possono verificarsi sugli utenti. Le gallerie sono inoltre ambienti di elevato livello tecnologico essendo dotate, come da richiesta normativa, di una complessa impiantistica finalizzata sia a prevenire gli eventi incidentali che a ridurre le conseguenze. La sicurezza in galleria dipende quindi dalla fidatezza delle apparecchiature e dei relativi circuiti elettrici che le alimentano. La rilevazione dei guasti nei circuiti elettrici risulta pertanto fondamentale per il corretto funzionamento di tutti gli impianti di galleria e per la gestione della manutenzione degli stessi. Lo studio presenta un sistema per la rilevazione dei guasti d’arco basato su dispositivi AFDD (Arc Fault Detection Device) ottimizzato per operare sui circuiti elettrici delle gallerie stradali. I guasti d’arco sono una particolare tipologia di guasti che possono verificarsi in parallelo, verso terra e in serie ad un circuito elettrico. Tali guasti portano facilmente alla perdita funzionale del circuito e spesso sono causa d’incendio; non sempre risultano rilevabili, in particolare quando si presentano in serie ai circuiti. I guasti d’arco in serie infatti non vengono percepiti dai comuni dispositivi di protezione quali fusibili, interruttori magnetotermici e differenziali; pertanto per contrastarli efficacemente occorre affidarsi alla manutenzione programmata e all’utilizzo di dispositivi in grado di rilevarne gli effetti, come ad esempio sensori di temperatura, rilevatori di fiamma e di fumo. Oggi è possibile anche utilizzare gli AFDD, in grado di rilevare direttamente la forma d’onda generata da un guasto d’arco in un circuito elettrico, ma allo stato attuale questi dispositivi sono realizzati per un impiego prevalentemente domestico o similare e possono presentare criticità se impiegati su circuiti e carichi particolari. Per superare le criticità relative all’impiego di AFDD in galleria, lo studio propone una innovativa architettura di un complesso sistema di rilevazione, in modo da coniugare i vantaggi di una rilevazione precoce con l’esigenza di garantire continuità di funzionamento e disponibilità dei circuiti protetti. La soluzione proposta può fornire un valido contributo al contrasto del guasto serie nell’impiantistica elettrica di galleria, aumentando la sicurezza d’esercizio dell’intera infrastruttura.