INFORMAZIONI MINIME SULLA PROTEZIONE DELLE CONDUTTURE CONTRO LE SOVRACORRENTI CM

Definizioni [Norma CEI 64-8/2] Conduttura: insieme costituito da UNO O PIU’ CONDUTTORI ELETTRICI e dagli elementi che assicurano il loro ISOLAMENTO, il loro supporto, il loro fissaggio e la loro eventuale protezione meccanica CM

Definizioni [Norma CEI 64-8/2] Sovracorrente: ogni corrente che SUPERA il valore nominale. Per le condutture, il valore nominale è la PORTATA, ovvero il massimo valore della corrente che può fluire in una conduttura, in regime permanente e in determinate condizioni, senza che la sua temperatura superi un valore specificato CM

Le SOVRACORRENTI si dividono in corrente di SOVRACCARICO: SOVRACORRENTE che si verifica in un circuito ELETTRICAMENTE SANO CM

Le SOVRACORRENTI si dividono in corrente di CORTO CIRCUITO: SOVRACORRENTE che si verifica in seguito a un GUASTO di impedenza trascurabile fra due punti tra i quali esiste tensione in condizioni ordinarie di esercizio CM

esempi sovraccarico nel funzionamento normale la temperatura dell’isolante dei cavi non supera il valore massimo ammissibile (70 °C per PVC – 90 °C per EPR): corrente di impiego Ib ≤ portata Iz Ib=7A - Iz=12A CM

esempi sovraccarico nel funzionamento in sovraccarico la temperatura dell’isolante dei cavi supera il valore massimo ammissibile, e, a lungo andare, ne causa il degrado: corrente di sovraccarico Ib > portata Iz Ib=14A - Iz=12A CM

esempi sovraccarico NOTA BENE: lungo il circuito non è presente alcun guasto di isolamento la corrente di sovraccarico si manifesta in tutta la tratta della conduttura la corrente di sovraccarico non è in genere molto elevata (tipicamente fino a qualche multiplo della portata) CM

esempi Corto circuito In caso di corto circuito è intervenuto un GUASTO: la perdita di isolamento tra due parti a diverso potenziale; la temperatura dell’isolante dei cavi supera notevolmente il valore massimo ammissibile, e, in tempi brevi, ne causa il degrado: corrente di corto circuito Icc >> portata Iz CM

esempi Corto circuito NOTA BENE: lungo il circuito è presente un guasto di isolamento la corrente di corto circuito si manifesta a monte del punto di guasto ma non a valle la corrente di corto circuito può essere molto elevata (dell’ordine di decine di kA) agli effetti termici sono associati anche fenomeni di sforzi elettrodinamici CM

PROTEZIONI Contro le sovracorrenti è necessario adottare le PROTEZIONI, ossia dispositivi che IN CASO DI SOVRACORRENTE, siano in grado di aprire automaticamente il circuito FUSIBILI simbolo CM

PROTEZIONI Contro le sovracorrenti è necessario adottare le PROTEZIONI, ossia dispositivi che IN CASO DI SOVRACORRENTE, siano in grado di aprire automaticamente il circuito INTERUTTORI AUTOMATICI MAGNETOTERMICI simbolo CM

CARATTERISTICHE GENERALI DELLE PROTEZIONI (ALCUNI ESEMPI) In = corrente nominale Valore massimo di corrente che, percorrendo la protezione, non deve mai provocarne l’intervento; in genere si usano valori standardizzati: 4 – 6 – 10 – 16 – 20 – 25 – 32 – 40 – 50 – 63 – 80 – 100 – 125 [A] (CEI 23-3) If = corrente di funziona- mento Valore minimo di corrente che, percorrendo la protezione, ne provoca l’intervento ENTRO UN TEMPO CONVENZIONALE (1 h o 2 h) P.I. = potere di inter- ruzione Valore massimo di corrente (tipicamente di corto circuito) che la protezione è in grado di interrompere; usualmente si hanno valori standardizzati: 3 – 4,5 – 6 – 10 – 16 – 25 – 50 [kA] CM

CARATTERISTICHE DI INTERVENTO FUSIBILI La caratteristica I-t è A TEMPO INVERSO, ovvero: quanto più la corrente è maggiore del valore nominale, tanto più il tempo di intervento è minore Tipi particolari di fusibili sono: gG – per usi generali aM – per avviamento motori VANTAGGI SVANTAGGI rapidità d'intervento (per corto circuito) elevato potere d'interruzione dimensioni ridotte costo limitato necessità di sostituzione ad avvenuto intervento tempi elevati di sostituzione necessità di ricambi identici dimensioni non sempre unificate  CM

CARATTERISTICHE DI INTERVENTO INTERRUTTORI AUTOMATICI MAGNETOTERMICI La caratteristica I-t è: IN PARTE A TEMPO INVERSO (maggiore è il sovraccarico minore è il tempo di intervento (tratto iniziale - relè termico) IN PARTE A TEMPO INDIPENDENTE (non incide di molto il valore della corrente per il tempo di intervento) (tratto finale - relè magnetico) Gli interruttori a Norma CEI EN 60898 (per usi domestici o similari – fino a 125 A) sono classificati in base alle correnti di intervento del relè magnetico Im1 e Im2 Im1 Im2 CM

CARATTERISTICHE DI INTERVENTO INTERRUTTORI AUTOMATICI MAGNETOTERMICI Interruttore magnetotermico aperto: 1 Leva di comando 2 Meccanismo di scatto 3 Contatti di interruzione 4 Morsetti di collegamento 5 Lamina bimetallica (rilevamento sovraccarichi) 6 Vite per la regolazione della sensibilità (in fabbrica) 7 Solenoide (rilevamento cortocircuiti) 8 Sistema di estinzione d'arco (si crea all’atto dell’apertura sotto carico dei contatti) Caratteristica Im1 Im2 B 3 ∙ In 5 ∙ In C 10 ∙ In D 20 ∙ In SVANTAGGI VANTAGGI potere d'interruzione non particolarmente elevato costi molto superiori rispetto ai fusibili  ripristino tramite semplice riarmo dimensioni standard modulari CM

CARATTERISTICHE DI INTERVENTO INTERRUTTORI AUTOMATICI MAGNETOTERMICI Caratteristica Im1 Im2 B 3 ∙ In 5 ∙ In C 10 ∙ In D 20 ∙ In SVANTAGGI VANTAGGI potere d'interruzione non particolarmente elevato costi molto superiori rispetto ai fusibili  ripristino tramite semplice riarmo dimensioni standard modulari CM

CARATTERISTICHE DI INTERVENTO INTERRUTTORI AUTOMATICI MAGNETOTERMICI Caratteristica Im1 Im2 B 3 ∙ In 5 ∙ In C 10 ∙ In D 20 ∙ In CM

CARATTERISTICHE DI INTERVENTO INTERRUTTORI AUTOMATICI MAGNETOTERMICI Caratteristica Im1 Im2 B 3 ∙ In 5 ∙ In C 10 ∙ In D 20 ∙ In DEFINIZIONI A PAGINA SEGUENTE CM

CARATTERISTICHE DI INTERVENTO INTERRUTTORI AUTOMATICI MAGNETOTERMICI Caratteristica Im1 Im2 B 3 ∙ In 5 ∙ In C 10 ∙ In D 20 ∙ In Ta - temperatura ambiente di riferimento : temperatura dell’aria intorno all’interruttore alla quale si riferiscono le caratteristiche tempo corrente Inf - corrente convenzionale di non intervento : è il valore di corrente fino al quale , in determinate e specificate condizioni, non avviene lo sgancio dell’interruttore If - corrente convenzionale d’intervento : corrente che in determinate e specificate condizioni provoca lo sgancio dell’interruttore I3 - limitazione della tolleranza della caratteristica d’intervento I4 - limite inferiore del campo d’intervento istantaneo I5 - corrente di intervento istantaneo : minimo valore di corrente che provoca l’apertura automatica dell’interruttore senza ritardo intenzionale CM

COORDINAMENTO DELLE PROTEZIONI SOVRACCARICO [Norma CEI 64-8 art. 433.2] data una conduttura che abbia Corrente di Impiego Ib Portata Iz 1,45 · Iz I Corrente nominale In Corrente di funzionamento If La protezione deve avere Se si usa un fusibile deve anche risultare In definitiva: La corrente nominale deve avere un valore compreso tra il valore della corrente di impiego e il valore della portata Ib ≤ In ≤ Iz If ≤ 1,45 · Iz Nel caso di impiego di fusibili, la corrente di funzionamento non deve superare la portata maggiorata del 45 % CM

COORDINAMENTO DELLE PROTEZIONI SOVRACCARICO: NOTE nel caso di impiego di INTERRUTTORI AUTOMATICI conformi alle norme CEI 23-3 (EN 60898) e CEI 17-5 (EN 60947-2) risulta: If = 1,45 ∙ In [CEI 23-3] If = 1,25 ∙ In [CEI 17-5] e pertanto, dovendo essere In ≤ Iz, la verifica If ≤ 1,45 ∙ Iz è sempre automaticamente soddisfatta nel caso di impiego di FUSIBILI risulta generalmente: If = 1,6 ∙ In e pertanto è sempre necessario valutare che sia If ≤ 1,45 ∙ Iz CM

COORDINAMENTO DELLE PROTEZIONI SOVRACCARICO: NOTE La Norma CEI 64-8 ammette il sovraccarico ma per tempi limitati: la verifica If ≤ 1,45 ∙ Iz intende dire che:  è ammissibile sovraccaricare il cavo fino al 45% in più della portata  questo sovraccarico non deve durare oltre un tempo convenzionale (1 h o 2 h) CM

COORDINAMENTO DELLE PROTEZIONI CORTO CIRCUITO [Norma CEI 64-8 art. 434.3] E’ NECESSARIO CHE LA PROTEZIONE POSSIEDA: la corrente nominale della protezione non sia inferiore alla corrente di impiego del cavo In ≥ Ib P.I. ≥ Iccp I2 ∙ t ≤ K2 ∙ S2 Il Potere di Interruzione della protezione non sia inferiore alla Corrente di corto circuito presunta IccP nel punto di installazione l’Energia Passante (I2 ∙ t) della protezione non superi l’Energia Sopportabile dal cavo (K2 ∙ S2) Energia Passante: rappresenta l’energia che la protezione lascia passare tra l’istante di guasto e la definitiva apertura della linea I2 ∙ t è chiamato anche “integrale di Joule”: I = corrente di corto circuito t = tempo di intervento S = sezione del cavo in mm2 115 per cavi in rame isolati in PVC K = 143 per cavi in rame isolati i EPR es.: cavo 6 mm2 in rame e PVC  K2∙S2 = 476100 A2s CM

COORDINAMENTO DELLE PROTEZIONI CORTO CIRCUITO: verifica grafica di I2 ∙ t ≤ K2 ∙S2 occorre disporre del grafico I2 ∙ t del costruttore della protezione I2 ∙ t I2 ∙ t A bisogna sovrapporre sul grafico la retta K2 ∙S2 del cavo B ICC ICC1 ICC2 ICC nel caso A, il cavo è sempre protetto per qualsiasi valore di Icc nel caso B, il cavo è protetto solo per valori di Icc compresi fra Icc1 e Icc2 e, in particolare, occorre verificare che la Iccm a fine linea sia maggiore di Icc1 CM

CASI PRATICI DI INSTALLAZIONE SOVRACCARICO Essendo la corrente uguale in tutto il circuito, la protezione può essere installata indifferentemente A MONTE o A VALLE del circuito da proteggere Nei luoghi a MAGGIOR RISCHIO IN CASO DI INCENDIO ! Se lungo il percorso il circuito presenta DERIVAZIONI Se lungo il percorso il circuito alimenta PRESE A SPINA IN CIASCUN CASO LA PROTEZIONE VA SEMPRE MESSA A MONTE CM

CASI PRATICI DI INSTALLAZIONE SOVRACCARICO LA PROTEZIONE PUO’ ESSERE OMESSA SE: le utenze alimentate non possano dar luogo a sovraccarichi (p.es. luci) la linea alimenti derivazioni protette ciascuna con proprio dispositivo di protezione e risulti che la portata Iz della linea non sia inferiore alla somma delle correnti nominali dei dispositivi di protezione delle derivazioni In1 ESEMPIO Iz P1 P1; P2= Protezioni P2 In2 Iz ≥ In1 + In2 la linea sia una derivazione ma risulti comunque protetta dal dispositivo della linea principale CM

CASI PRATICI DI INSTALLAZIONE Funzionamento: NORMALE ALIMENTAZIONE ESEMPIO protezione chiusa funzionamento normale elettropompa alimentata CM

CASI PRATICI DI INSTALLAZIONE Funzionamento da: SOVRACCARICO SI RACCOMANDA DI OMETTERE LA PROTEZIONE SE IL SUO INTERVENTO “CONSEGUENTE APERTURA DEL CIRCUITO” POSSA PROVOCARE MAGGIORI PROBLEMI DI SICUREZZA circuiti di eccitazione delle macchine rotanti ESEMPI circuiti di alimentazione di elettromagneti di sollevamento circuiti secondari dei trasformatori di corrente (TA) circuiti di alimentazione di dispositivi di estinzione incendio CM

CASI PRATICI DI INSTALLAZIONE Funzionamento da: SOVRACCARICO Protezione intervenuta per sovraccarico Elettropompa disalimentata ESEMPO ?! CM

CASI PRATICI DI INSTALLAZIONE Protezione da: CORTO CIRCUITO Poiché la corrente di corto circuito si manifesta dal punto di alimentazione e fino al punto di GUASTO, LA PROTEZIONE VA SEMPRE MESSA A MONTE IL POSIZIONAMENTO DELLA PROTEZIONE E’ CONSENTITO AD UNA DISTANZA MASSIMA DI 3 m DAL PUNTO DI INIZIO DELLA CONDUTTURA MA OCCORRE CHE: la conduttura sia realizzata in modo da rendere minimo il rischio di corto circuito la conduttura non sia posta vicino a materiale combustibile la conduttura non si trovi in AMBIENTI A MAGGIOR RISCHIO IN CASO DI INCENDIO O CON PERICOLO DI ESPLOSIONE CM

CASI PRATICI DI INSTALLAZIONE Protezione da: CORTO CIRCUITO LA SITUAZIONE DI CORTO CIRCUITO E’ ESTREMAMENTE DANNOSA E PERICOLOSA ARCHI ELETTRICI INCENDI SFORZI ELETTRODINAMICI la conduttura sia realizzata in modo da rendere minimo il rischio di corto circuito la conduttura non sia posta vicino a materiale combustibile Per i casi specifici visti precedentemente, e sotto le condizioni  e , la Norma consente di omettere la protezione CM

ESEMPI DI CALCOLO Ib ≤ In ≤ Iz If ≤ 1,45 · Iz SIA DATA UNA LINEA TRIFASE CON NEUTRO AVENTE LE SEGUENTI CARATTERISTICHE: corrente di impiego Ib = 28 A portata Iz = 41 A isolamento: PVC sezione S = 6 mm2 tensione concatenata U = 400 V corrente di corto circuito presunta ad inizio linea IccP = 8,5 kA PROTEZIONE CONTRO IL SOVRACCARICO lunghezza della tratta L = 60 m CON INTERRUTTORI AUTOMATICI: Ib ≤ In ≤ Iz If ≤ 1,45 · Iz 28 ≤ 32 ≤ 41 [A] In = 32 A oppure In = 40 A 28 ≤ 40 ≤ 41 [A] CON FUSIBILI: 28 ≤ 32 ≤ 41 [A] In = 32 A If = 1,6 ∙32 = 51,2 ≤ 1,45 ∙ 41 = 59,5 [A] MA NON E’ IDONEO In = 40 A, poiché pur essendo 28 ≤ 40 ≤ 41 [A] risulta però If = 1,6 ∙40 = 64 > 59,5 [A] CM

Segue pagina successiva ESEMPI DI CALCOLO PROTEZIONE CONTRO IL CORTO CIRCUITO In ≥ Ib P.I. ≥ Iccp I2 ∙ t ≤ K2 ∙ S2 CONDUTTURA PROTETTA A MONTE CONTRO IL SOVRACCARICO In = 32 A oppure In = 40 A ( > Ib = 28 A) P.I. = 10 kA ( > IccP = 8,5 kA) Segue pagina successiva CM

ESEMPI DI CALCOLO CONDUTTURA PROTETTA A MONTE CONTRO IL SOVRACCARICO: Iccm= (15∙V∙S)/L = (15∙230∙6)/60 = 345 A In = 50 A (> Iz = 41 A) K2∙S2 =1152∙62 del cavo Cavo PROTETTO I2∙t della protezione CM

ESEMPI DI CALCOLO CONDUTTURA NON PROTETTA A MONTE CONTRO IL SOVRACCARICO: Iccm= (15∙V∙S)/L = (15∙230∙6)/60 = 345 A In = 125 A (> Iz = 41 A) K2∙S2 =1152∙62 del cavo I2∙t della protezione Cavo NON PROTETTO Icc1= 850 A Iccm= 345 A CM

ESEMPIO Caratteristica di intervento di un interruttore, posto a protezione di una linea, con curva di tipo C che potrebbe essere fornita da un costruttore di una serie d’interruttori automatici Caratteristica d’intervento  di tipo C fornita da un costruttore: comportamento in caso di sovvraccarico e corto circuito    CM

BREVE BIBLIOGRAFIA LINK UTILI: www.electroportal.net www.elektro.it Norma CEI 64-8: IMPIANTI ELETTRICI UTILIZZATORI A TENSIONE NOMINALE NON SUPERIORE A 1000 V IN CORRENTE ALTERNATA E A 1500 V IN C. CONTINUA ED. CEI G. CONTE IMPIANTI ELETTRICI - VOL. 1 e 2 ED. HOEPLI V. SAVI – P. NASUTI TECNICA PROFESSIONALE – ELETTROTECNICA, LABORATORIO ED ESERCITAZIONI PRATICHE ED. CALDERINI LINK UTILI: www.electroportal.net www.elektro.it APPROFONDIMENTI: - Guida all’installazione dell’impianto elettrico - ABB - Distribuzione - criteri di progettazione – BTicino - Sistemi di bassa tensione - Gewiss - Guida al sistema Bassa Tensione - Schneider Electric CM