PROTEZIONE DEI MOTORI ASINCRONI

Indice 1. Generalità 2. Sovracorrenti 2.1 - Sovraccarico 2.2 – Corto circuito 3. Dispositivi di manovra e protezione 3.1 – Teleruttore 3.2 - Interruttori automatici 3.3 - Relè termici 3.4 – Fusibili 3.5 – Termosonde a termistori 3.6 - Salvamotore 4. 4.1 - Protezione da sovraccarico 4.2 - Protezione da cortocircuito Conclusioni Esercitazioni 2

1. Generalità - contro il sovraccarico - contro le sovratemperature INDICE 1. Generalità Le protezioni di un motore elettrico sono essenziali per un buon funzionamento e per una sua lunga durata. Le protezioni principali che bisogna prevedere sono : - contro il sovraccarico - contro i cortocircuiti - contro le sovratemperature Per una protezione più completa si possono inoltre prevedere quelle contro il blocco di rotore, gli squilibri di corrente, le dissimmetrie nel sistema di alimentazione trifase. 3

INDICE 2. Sovracorrenti Le sovracorrenti si verificano qualora il motore assorbe correnti superiori a quella nominale IN. Il fenomeno noto come sovraccarico consiste nel passaggio di una corrente superiore a quella nominale (fino a circa 10-12 volte), provocando un surriscaldamento delle condutture e degli apparati. Nel caso di cortocircuito, al contrario la corrente diventa molto intensa in brevissimo tempo. 4

Relè termico 2.1 Sovraccarico 5 INDICE 2.1 Sovraccarico Nel caso di sovraccarico, dovuto generalmente a coppia resistente troppo elevata o bloccaggio del rotore causato dalla macchina operatrice, la temperatura del motore può aumentare e superare la massima ammissibile con conseguenti danni. Deve dunque entrare in funzione un dispositivo di protezione in un dato tempo. In questi casi il dispositivo generalmente utilizzato è costituito da un relè termico a lamine bimetalliche. Relè termico 5

INDICE 2.2 Cortocircuito Il cortocircuito è senza dubbio il più grave e pericoloso guasto che possa accadere in un impianto elettrico. Infatti il corto determina una situazione in cui il circuito a valle rimane non alimentato, mentre nel tratto a monte si generano correnti di valore estremamente alto. I cortocircuiti oltre a distruggere parti d’impianto, perché possono provocare seri danni alle apparecchiature a causa di effetti elettrodinamici e per intensi riscaldamenti, sono pericolosi anche per le persone. La causa principale di tali guasti negli impianti elettrici è la presenza di difetti nell’isolamento, causati spesso da sovracorrenti che lentamente possono ricuocere l’isolamento, causare archi ed infine cortocircuiti. L’intensità della corrente dipende anzitutto dal tipo di cortocircuito, dalla natura del carico e dall’istante in cui avviene. La determinazione della corrente di corto è basilare per la scelta di interruttori e fusibili, perché il loro potere d’interruzione deve essere sufficiente ad interrompere la corrente massima di corto. E’ quindi di fondamentale importanza limitare drasticamente i suoi effetti installando le adeguate protezioni che sono il fusibile e l’interruttore automatico. 6

INDICE 7

Contatto NC a riposo (chiuso) Contatto NC in azione (aperto) INDICE 3.3 Relè termico Il relè termico è costituito da due lamine bimetalliche con diversi coefficienti di dilatazione termica. L’inflessione dei bimetalli agisce su un meccanismo di commutazione di un contatto in apertura (tipo NC) collegato in serie alla bobina del contattore. Contatto NC a riposo (chiuso) Contatto NC in azione (aperto) 8

INDICE 3.4 Fusibile Il fusibile è l’elemento più tradizionale ed ancora molto diffuso grazie alla sua economicità. E’ generalmente costituito da un vero e proprio elemento fusibile, realizzato con strozzature in rame o argento. Viene incorporato in un involucro di ceramica o altro materiale isolante. Il suo principio costruttivo garantisce tempi di fusione che decrescono sensibilmente al crescere della corrente di corto circuito, ed è in grado di controllare entro uno spazio di estinzione relativamente piccolo correnti di corto molto elevate, che arrivano sino a 100kA. 9

(Protezione dei motori) INDICE I fusibili si suddividono in differenti classi d’impiego ( aM per protezioni motori, gL e gG per uso generale ). Nella prassi impiantistica i più utilizzati sono gli aM che, presentando una curva ritardata si adattano specificatamente all’impiego con i motori elettrici. I fusibili sono contraddistinti da due lettere : la prima “a” oppure “g” si riferisce al campo di interruzione, la seconda “G” oppure “M” designa la categoria di utilizzazione. In definitiva il fusibile aM è adatto per interrompere elevate correnti, mentre deve essere protetto per le correnti di sovraccarico da un relè termico, la cui caratteristica sta al di sotto dei limiti di sovraccaricabilità del fusibile. aM - a (campo ridotto) gM gG g (pieno campo) M (Protezione dei motori) G (Uso generale) CATEGORIA CAMPO DI APPLICAZIONE Classificazione dei fusibili in relazione al campo di interruzione e alla categoria di utilizzazione 10

INDICE 3.6 Salvamotore Il salvamotore svolge una funzione di protezione completa contro i principali tipi di guasto che possono presentarsi in un motore. E’ l’alternativa alla combinazione fusibile - relè termico Rispetto ad essi presenta una serie di vantaggi soprattutto in termini di compattezza e di capacità d’uso. Infatti il salvamotore è dotato di uno sganciatore che gli permette una protezione completa contro cortocircuito,sovraccarico e mancanza di fase. Il salvamotore è spesso corredato di bobine di apertura sia a lancio di corrente sia di minima tensione, destinate non solo ad aprire a distanza l’interruttore, ma a sganciarlo in presenza di una mancanza o di abbassamento di tensione. Questa bobina è spesso dotata di contatti ausiliari anticipati per permettere, durante il ripristino dell’interruttore, che sia messo in tensione prima dei contatti principali, per evitare sganci intempestivi. 11

Protezione termica 4.1 Protezione dei motori contro il sovraccarico INDICE 4.1 Protezione dei motori contro il sovraccarico Nel primo schema, la protezione contro il sovraccarico è ottenuta tramite relè termico inserito isolatamente, mentre nel secondo caso, la protezione termica è inserita nel dispositivo dell’interruttore automatico magneto-termico. Fig.a Fig. b Protezione termica 12

Protezione contro il corto circuito INDICE 4.2 Protezione dei motori contro il cortocircuito Nell’inserzione a) la protezione contro il corto circuito è ottenuta tramite fusibile, mentre nel caso b) è effettuata dall’interruttore automatico con la protezione magnetica. Fig.a Fig. b Protezione contro il corto circuito 13

Il motore può assorbire una corrente superiore a quella nominale in alcune situazioni anomale: -mancanza di una fase di alimentazione -blocco del rotore -coppia del carico elevata -funzionamento a frequenza elevata

In condizioni normali i motori asincroni sono caratterizzati da corrente di avviamento 68 volte la corrente nominale. La corrente di avviamento è la caratteristica in colore azzurro, la prima caratteristica d’intervento intersecando la curva del motore , può determinare l’intervento intempestivo. La seconda caratteristica è esterna alla curva delle correnti del motore, tuttavia non è ancora adeguata perché il punto caratteristico A cade all’interno di questa caratteristica e quindi determina l’intervento della protezione. Il punto A ha coordinate ta e corrente Ia dove :

Per avere una caratteristica esterna a quella d’avviamento del motore si può utilizzare una protezione fusibile a campo ridotto, che dà la protezione dai cortocircuiti, e uno sganciatore termico per la protezione dai sovraccarichi.

TABELLE DI RIFERIMENTO PER LO SVOLGIMENTO DELLE ESERCITAZIONI INDICE Tabella per la scelta dei fusibili aM ( accompagnamento motori) Salvamotori Coordinamento tra interruttori automatici e contattori per motori elettrici 17

Corrente nominale del motore In = 22A. ESERCITAZIONE N. 1 INDICE Scegliere il contattore, il relè termico e i fusibili per il comando e protezione di un motore di potenza 11 KW. P=11 kW Soluzione : In corrispondenza del valore di potenza 11 kW si trovano i seguenti dati : Tabella per la scelta dei fusibili aM ( accompagnamento motori) Coordinamento tra interruttori automatici e contattori per motori elettrici Corrente nominale del motore In = 22A. Tipo aM In = 25 A. Contattore LS27 Relè termico B27S/58 Campo di regolazione relè termico 15 …23 A. LS27 B27S/58 Reg.15-23 A. Corrente nominale dei fusibili In = 25 A tipo aM 18

ESERCITAZIONE N. 2 INDICE Quali fra i seguenti grafici, realizza un corretto coordinamento fra fusibile e relè termico ? b) a) a) Errato, in quanto in questa situazione interverrebbe sempre il fusibile. c) b) Errato, in quanto in questa situazione il fusibile interviene per un valore troppo elevato di corrente. c) Corretto, in quanto in questa situazione l’intervento del termico avviene entro 10 In. 19

Tabella per la scelta dei fusibili aM ( accompagnamento motori) ESERCITAZIONE N. 3 INDICE Scegliere il contattore, il relè termico e i fusibili per il comando e protezione di un motore di potenza 3 KW. In alternativa al contattore + relè termico si può impiegare il salvamotore. Salvamotori Tipo aM In = 10 A. LS4 B17S/34 Reg.5.6-8 A. Coordinamento tra interruttori automatici e contattori per motori elettrici P= 3 kW 20

INDICE ESERCITAZIONE N. 4 I due diagrammi, rappresentano rispettivamente le curve di avviamento di due motori ed il coordinamento di protezione relè termico-fusibile. Verificare se per entrambi i motori, le scelte delle protezioni sono corrette. Soluzione: dal diagramma delle protezioni possiamo verificare che sono compatibili solo per il 1° motore. 21

Corrente nominale del motore In = 1,95A. Contattore LS07 ESERCITAZIONE N. 5 INDICE Scegliere le apparecchiature di comando e di protezione di un motore asincrono trifase di potenza 0,75 KW. In alternativa al contattore + relè termico si può impiegare il salvamotore. Soluzione : In corrispondenza del valore di potenza 0,75 kW si trovano i seguenti dati : Corrente nominale del motore In = 1,95A. Contattore LS07 Relè termico B71/88 Campo di regolazione relè termico 1,8-2,8 A. Corrente nominale dei fusibili In = 4 A tipo aM Il salvamotore da utilizzare è il tipo MBS15/68 con campo di regolazione 1,6 - 2,5 A. Si noti che la corrente nominale del motore è compresa entro il campo di regolazione del salvamotore. Tipo aM In = 4 A. LS07 MBS15/68 Reg.5,6-8 A. P=0,75kW 22

Clicca qui per sovrapporre i due grafici t INDICE ESERCITAZIONE N 6 E’ possibile proteggere i motori con curve di avviamento come in figura, con un magnetotermico delle caratteristica indicata ? (Le scale delle due grandezze rappresentate sono uguali) Clicca qui per sovrapporre i due grafici t I Soluzione: Non è possibile, perché la protezione interviene anche nella fase d’avviamento 23

in cui l’avviamento si completa. ESERCITAZIONE N.7 INDICE Dato un motore asincrono trifase, con la corrente di avviamento indicata in tabella, determinare le caratteristiche della protezione termica e del fusibile che proteggano il motore in modo coordinato. Soluzione: Scegliere la protezione termica ed il fusibile, in modo tale che non intervengano durante l’avviamento del motore. Le due caratteristiche devono incontrarsi in un punto che ha come coordinate la corrente di avviamento ed il tempo in cui l’avviamento si completa. Tabella Iavv. t 10 100 1000 A 1 0,1 0,01 secondi minuti RT F 24

INDICE ESERCITAZIONE N.8 Per le esercitazioni Nr. 1 - 3 - 5 effettuare una ricerca in Internet presso i siti Bticino, Gewiss, ecc, per verificare i costi delle varie apparecchiature utilizzate ( relè termici, fusibili, interruttori automatico, salvamotori ). Redarre quindi una relazione che metta a confronto le varie soluzioni, non solo dal punto di vista tecnico ma anche economico. 25