PROTEZIONE DELLE LINEE DA SOVRACCARICO E CORTOCIRCUITO

Introduzione In questa lezione impariamo a scegliere il dispositivo di protezione idoneo a proteggere la linea dalle principali cause di guasto: il sovraccarico e il cortocircuito Al termine saremo in grado di confermare la sezione scelta o modificarla per garantire le condizioni di corretto impiego del cavo

Programma Relazione tra portata, corrente di impiego e corrente nominale dell’interruttore Relazione tra potere di interruzione e massima corrente di cortocircuito Relazione tra energia specifica passante e massima energia specifica sopportabile dal cavo Scelta del dispositivo e verifica delle relazioni

Obiettivo La scelta del dispositivo di interruzione automatica garantisce il corretto impiego del cavo anche in condizioni di stress riducendo al minimo il rischio di guasto e incendio

Prerequisiti Aver seguito la lezione sulla scelta della sezione dei cavi e sulla corrente di impiego

Terminologia Corrente di cortocircuito: corrente molto alta che si stabilisce tra fase e fase, tra fase e neutro o tra fase e terra quando i conduttori vengono accidentalmente in contatto escludendo il carico e si instaura quindi un valore di impedenza molto basso Sovraccarico: condizione di una conduttura che, pur essendo elettricamente sana, viene percorsa da una corrente superiore alla sua portata Iz subendo uno stress termico Potere di interruzione: massimo valore di corrente che un dispositivo di protezione può interrompere, misurato generalmente in [kA] Energia specifica: energia sviluppata dalla corrente su un elemento di resistenza unitaria, dipende dall’intensità e dal tempo di permanenza della corrente Selettività: le protezioni sono selettive quando intervengono solo per guasti che competono la parte di impianto immediatamente a valle di esse

Protezione delle linee da sovraccarico e cortocircuito Si prende in considerazione solo il caso di protezione congiunta da sovraccarico e cortocircuito, assicurata da un interruttore magnetotermico dispositivo costituito da un relè magnetico e da un relè termico, tralasciando il caso di protezione distinta. Il relè termico interviene in caso di sovraccarico, con opportuno ritardo per lasciar passare le eventuali correnti di spunto dei motori, il relè magnetico interviene quasi istantaneamente in caso di cortocircuito

Protezione delle linee da sovraccarico e cortocircuito L’interruttore magnetotermico garantisce la protezione combinata purchè siano rispettate le seguenti condizioni: (13) (14) (15) In : corrente nominale dell’interruttore magnetotermico Icc max : corrente di cortocircuito massima che si stabilisce ad inizio linea Pi : Potere di interruzione dell’organo di protezione [kA] I2t : energia specifica lasciata passare dall’organo di protezione durante il cortocircuito K2S2 : massimo valore di energia specifica che il cavo può sopportare Ib ≤ In ≤ Iz ICC max ≤ Pi I2t ≤ K2S2

Protezione delle linee da sovraccarico e cortocircuito (13) Questa relazione va verificata andando a scegliere la corrente nominale dell’interruttore magnetotermico sulle tabelle del manuale in base alla sezione scelta, al numero dei cavi unipolari, all’isolante e al tipo di posa. Ib ≤ In ≤ Iz

Protezione delle linee da sovraccarico e cortocircuito (14) Per i sistemi TT (cioè alimentati dalla rete di bassa tensione B.T.) il valore della corrente di cortocircuito nel punto di installazione deve essere fornito dall’ENEL, in mancanza di tale dato, nella maggior parte dei casi è sufficiente che sia Pi = 4.5 kA 6 kA. Per i sistemi TN sul manuale (sezione M) si ricavano i valori delle correnti di cortocircuito in funzione della potenza dei trasformatori in cabina e della lunghezza delle linee in partenza da essi. ICC max ≤ Pi

Protezione delle linee da sovraccarico e cortocircuito (15) K = 115 per cavi in rame isolati in PVC K = 135 isolati in gomma, K = 143 isolati in gomma etilenpropilenica e polietilene reticolato La verifica va fatta per via grafica sovrapponendo la curva dell’energia specifica sopportata dal cavo con quella lasciata passare dall’interruttore (quest’ultima fornita dal costruttore). Per esempio la situazione riportata in figura garantisce la verifica della condizione (15) per correnti di cortocircuito non superiori al valore corrispondente al punto di intersezione delle due curve. I2t ≤ K2S2

Protezione delle linee da sovraccarico e cortocircuito Esistono in commercio interruttori limitatori, che limitano il valore di cresta della corrente di cortocircuito, per questi interruttori non è necessaria la verifica della condizione (15). Per la verifica della (15), quando non si dispone delle curve si può procedere approssimativamente come segue: Si calcola il valore di K2S2 note le caratteristiche del cavo Si calcola la massima corrente che l’interruttore lascia passare con un intervento quasi istantaneo, tale valore è da considerarsi pari a Imax = 10 In Si considera un intervento dell’interruttore in un tempo pari a 0,2 sec, sicuramente maggiore di quello reale, tale ipotesi torna a vantaggio della sicurezzza (non sempre però a vantaggio dell’economia) Si verifica che risulti (Imax) 2  0,2  K2S2.

Esercitiamoci… SOLUZIONE: I dati sono Ib = 35,71 A Iz = 37 A s = 4 mm2 Determinare le caratteristiche dell’interruttore magnetotermico posto a protezione della linea dell’esercizio 3 SOLUZIONE: I dati sono Ib = 35,71 A Iz = 37 A s = 4 mm2 dalla tabella del manuale si vede che la relazione (13), non può essere soddisfatta, infatti non c’è un interruttore con In compresa tra 35,71 A e 37 A. È necessario quindi passare alla sezione successiva s = 6 mm2. Risulta Iz = 48 A Scegliamo un interruttore con In = 40 A Infatti: 35,71 A ≤ 40 A ≤ 48 A Si ritiene sufficiente un Pi = 4.5 kA.

Scelta dell’interruttore: esercizio 3 In = 40A aumentando la sezione a 6 mm2

Esercitiamoci… SOLUZIONE: I dati sono: Ib= 27,89A; Iz = 31 A Determinare le caratteristiche dell’interruttore magnetotermico per la linea dell’esercizio 4. SOLUZIONE: I dati sono: Ib= 27,89A; Iz = 31 A s=2,5 mm2 sia per cavi unipolari che bipolari; dalla tabella del manuale si vede che la relazione (13), non può essere soddisfatta, infatti non c’è un interruttore con In compresa tra 27,89 A e 31 A. È necessario quindi passare alla sezione successiva s = 4 mm2. Risulta Iz = 42 A Scegliamo un interruttore con In = 32 A Infatti: 27,89 A ≤ 32 A ≤ 42 A Si ritiene sufficiente un Pi = 4.5 kA.

In = 32 A aumentando la sezione a 4 mm2

Esercitiamoci… SOLUZIONE: Determinare le caratteristiche dell’interruttore magnetotermico per la linea con carichi misti. SOLUZIONE: I dati sono: Ib= 29,61A sulla dorsale; Iz = 37A s =4 mm2 Ib = 27,68A sulla derivazione del motore; Iz= 28A s=2,5mm2 Ib = 1,93A sulle derivazioni delle luci Iz= 20A s=1,5mm2 Per la dorsale, dalla tabella possiamo scegliere un interruttore con In = 32A, infatti 29,61 < 32 < 37 Per le derivazioni occorrerebbe scegliere, con il medesimo criterio: Derivazione luci : 3 interruttori da In = 10A (1,93 < 10 < 20)

Esercitiamoci… Derivazione motore: non c’è un interruttore che rispetti la (13) per cui occorre passare alla sezione successiva di 4 mm2 pari a quella della dorsale. L’interruttore a monte della dorsale proteggerà anche la derivazione del motore, per garantire però la selettività conviene porre un relè termico sulla derivazione Per affidare a questo punto la protezione di tutto l’impianto all’interruttore posto sulla dorsale, si potrebbero eliminare i 3 interruttori sulle derivazioni luce aumentandone però la sezione a 4 mm2 a scapito della selettività (il progettista ha un ragionevole margine di discrezionalità per considerazioni di tipo tecnico-economico)

Riepilogo – 1a soluzione

Riepilogo – 2a soluzione

Altre fonti di informazione Manuale degli impianti elettrici – Baronio, Bellato, Montalbetti – Editoriale Delfino Norma CEI 64-8 www.mondoelettrico.net www.elettronet.it www.eurekapolicoro.it www.webalice.it/egidiorezzaghi/ www.electroportal.net/ www.elektro.it/