Dispositivi di manovra e protezione dalle sovracorrenti Le sovracorrenti sono causate da due fenomeni: • Sovraccarico • Cortocircuito Obiettivo: proteggere le condutture elettriche Apparecchio di manovra • Un apparecchio di manovra è un dispositivo in grado di eseguire manovre di apertura e di chiusura di un circuito. Apparecchio di manovra e protezione • Un apparecchio di manovra ha anche la funzione di protezione dalle sovracorrenti se è dotato di un idoneo sistema di sgancio automatico. Le manovre Le manovre possono avvenire: • a carico; • a vuoto Le manovre possono anche avvenire in condizioni di: • normale esercizio; • funzionamento anormale; In relazione al tipo di comando si distinguono: • il comando manuale effettuato dall’operatore; • il comando automatico, determinato dall’intervento di un dispositivo di protezione o da un sistema di controllo. Interruttore L’interruttore è un apparecchio in grado di condurre corrente, fino a un determinato valore, in modo continuativo e in condizioni di funzionamento normale È inoltre in grado di aprire e chiudere il circuito sia in: • In condizioni normali • In condizioni di guasto, fino a un determinato valore della corrente di guasto. Interruttore automatico (PROTEZIONE) L’interruttore automatico è un interruttore munito di sganciatori di sovracorrente. In questo caso diventa anche un apparecchio di protezione contro i sovraccarichi e i cortocircuiti, in grado di interrompere automaticamente correnti in condizioni anormali specificate Interruttore di manovra L’interruttore di manovra è un apparecchio in grado di • stabilire (chiudendo il circuito), condurre in modo continuativo correnti in condizioni di normale esercizio • interrompere correnti in condizioni di normale esercizio fino a un determinato valore, comprese eventuali condizioni di sovraccarico specificate. NON CORTOCIRCUITO. Non è costruito per intervenire in condizioni di cortocircuito. Interruttore di manovra con fusibili (PROTEZIONE) L’interruttore di manovra, diventa apparecchio di protezione contro le sovracorrenti, se lo si munisce, per ogni polo, di fusibili in serie. Sezionatore • Il sezionatore è un apparecchio in grado di condurre in modo continuativo la corrente di normale funzionamento e, per un tempo specificato, un definito valore della corrente di funzionamento anormale. • Può aprire e chiudere il circuito solo a vuoto o in presenza di correnti di intensità trascurabile. Nella posizione di “aperto” deve interrompere la continuità metallica del circuito, mantenendo una specificata distanza di sezionamento tra i contatti. Sezionatore con fusibili (Protezione) • Collegando in serie ai poli del sezionatore dei fusibili di protezione contro le sovracorrenti, anche il sezionatore diventa un dispositivo di protezione contro le sovracorrenti. Interruttore di manovra-sezionatore L’interruttore di manovra-sezionatore è un interruttore di manovra che possiede i requisiti di sicurezza d’interruzione di un sezionatore. È detto anche sezionatore sotto carico in quanto può aprire e chiudere un circuito anche in presenza di corrente, nelle normali condizioni di carico. Può essere munito di fusibili per la protezione dei circuiti contro le sovracorrenti. Arco elettrico • Nelle manovre di apertura e di chiusura degli interruttori si sviluppa, all’interno del dispositivo, un arco elettrico, ossia una scarica elettrica dovuta alla tensione che perfora il sottile strato di isolante posto tra il contatto fisso e quello mobile di ogni polo, durante il loro movimento di allontanamento o di avvicinamento. • Il fenomeno e tanto più gravoso quanto maggiore e la tensione di esercizio del sistema in cui l’interruttore e installato e deve essere interrotto entro un determinato tempo (dell’ordine delle decine di millisecondi) per evitare che il calore sviluppato possa produrre danni permanenti all’interruttore. Causa e soluzione dell’arco elettrico. • La formazione dell’arco elettrico provoca la ionizzazione del mezzo isolante interposto tra i contatti aperti, rendendolo conduttore, per estinguere l’arco occorre innanzitutto deionizzare l’ambiente, ossia sostituire il dielettrico ionizzato con altro non ionizzato, in modo da ripristinare la rigidità dielettrica tra i contatti. Estinzione dell’arco (deionizzazione) οΌinterruttori a volume d’olio ridotto (AT ed MT): • moti convettivi generati dal riscaldamento dell’olio e che determinano la sostituzione dell’olio ionizzato οΌinterruttori ad aria compressa (AT): • l’estinzione dell’arco avviene mediante un getto d’aria ad elevata pressione οΌinterruttori in aria a deionizzazione magnetica (MT e BT): • π = πππ© = π©ππ° la forza elettromagnetica agente sull’arco lo sposta in una apposita camera di estinzione e tra i contatti affluisce, per effetto della depressione altra aria che ripristina l’isolamento οΌinterruttori a esafluoruro di zolfo (MT): • usano come mezzo isolante e per l’estinzione dell’arco il gas ππΉ6 , avente un elevato valore di rigidità dielettrica e buona conducibilita termica per lo smaltimento del calore οΌinterruttori sotto vuoto (MT): • detti cosi perché i poli sono posti in camere in cui il mezzo dielettrico e molto rarefatto e l’arco elettrico si estingue in modo spontaneo al passaggio della corrente per lo zero; vengono utilizzati in impianti MT La tensione nominale è il valore di tensione a cui sono riferite le prestazioni dell’interruttore in fase di chiusura e di interruzione su cortocircuito. Per i circuiti polifasi ci si riferisce alla tensione tra le fasi. la tensione nominale d’impiego πΌπ è il valore di tensione che il costruttore specifica per l’apparecchio, unitamente alla corrente nominale d’impiego, e per il quale garantisce le prestazioni dichiarate; la tensione nominale d’isolamento πΌπ è il valore di tensione per il quale è dimensionato l’isolamento elettrico dell’interruttore, verificato da apposite prove dielettriche. Il suo valore deve essere non inferiore alla più elevata delle tensioni d’impiego dell’apparecchio; quando non viene specificata si considera come tensione nominale di isolamento la maggiore tensione nominale d’impiego. La corrente nominale π°π rappresenta il valore di corrente che l’interruttore può condurre in assegnate condizioni di tensione, di impiego e ambientali e a cui sono riferite le caratteristiche dell’apparecchio. La corrente termica nominale è il valore di corrente che l’interruttore può condurre senza che le sovratemperature delle sue varie parti superino i valori stabiliti dalla norma. La corrente ininterrotta nominale π°π è relativa al servizio ininterrotto di durata superiore a otto ore, senza manovre intermedie, in aria libera e temperatura ambiente specificata, generalmente 40 º C. Potere nominale d’interruzione espresso in [A] • L’attitudine di un interruttore a interrompere la corrente durante il cortocircuito prende il nome di potere nominale d’interruzione • Il potere nominale d’interruzione è pari al massimo valore efficace della componente simmetrica della corrente di cortocircuito presunta che l’apparecchio è in grado di interrompere in specificate condizioni. Ci siamo messi nelle condizioni più gravose infatti presunta, indica che la corrente di cortocircuito è stata calcolata ipotizzando nulla l’impedenza offerta dell’interruttore ovvero assimilandolo ad un cortocircuito. Potere nominale d’interruzione su cortocircuito indicato con πΌππ espresso in [A] • Altra definizione • Il potere nominale d’interruzione su cortocircuito πΌππ corrispondete al valore efficace della componente simmetrica della corrente presunta di corto circuito che l’apparecchio è in grado di interrompere indipendentemente dal valore della componente unidirezionale. Potere nominale d’interruzione estremo e di servizio in cortocircuito • Il potere d’interruzione nominale estremo π°πͺπΌ in cortocircuito, rappresenta il valore del potere d’interruzione assegnato dal costruttore per la corrispondente tensione nominale d’impiego e in specificate condizioni. • Il potere d’interruzione nominale di servizio π°πͺπΊ in cortocircuito, corrisponde a una specificata percentuale del potere d’interruzione nominale estremo dichiarata dal costruttore. • NB. In pratica il valore di π°πͺπΌ è quello che si deve considerare nel calcolo di un impianto, in quanto corrisponde al massimo valore di corrente che l’apparecchio è in grado d’interrompere. Potere di chiusura nominale in cortocircuito πΌππ • Si definisce potere di chiusura nominale su cortocircuito o di stabilimento πΌππ il massimo valore di cresta della corrente di cortocircuito presunta che ricordo essere pari a πΌππ = 2 2πΌπ che l’interruttore è in grado di chiudere alla frequenza nominale, in specificate condizioni di tensione e fattore di potenza. • Viene indicato con i simboli πΌπ (CEI 17-1) e πΌππ (CEI 17-5). • Il potere di chiusura è sempre maggiore di quello d’interruzione Corrente nominale ammissibile di breve durata πΌππ€ • Gli interruttori installati negli impianti elettrici non sempre intervengono appena si manifesta un guasto nell’impianto; spesso, infatti, gli sganciatori di sovracorrente di cui sono dotati e che ne comandano l’apertura vengono ritardati per ragioni di funzionalità dell’impianto. • In queste circostanze gli interruttori, in posizione di chiuso, sono interessati da sovracorrenti per un determinato tempo. • Come conseguenza di tale modalità di intervento, nel caso di cortocircuito, gli interruttori, in posizione di chiuso, sono interessati da elevate correnti per un determinato tempo; dopo il periodo transitorio del cortocircuito, la corrente è pari al valore efficace della componente simmetrica. Interruttori con tempi di ritardo intenzionale Si definiscono interruttori di categoria B sono quelli in cui è possibile regolare un tempo di ritardo; Si definiscono interruttori di categoria A quelli che intervengono senza ritardo intenzionale Corrente nominale ammissibile di breve durata • La corrente nominale ammissibile di breve durata, indicata con π°ππ , è il valore di corrente che un interruttore è in grado di condurre, senza danneggiarsi, per una durata specificata e nelle condizioni di utilizzazione prescritte. Per gli interruttori: • In MT un valore di durata di riferimento è 3 secondi se πΌππ€ = πΌππ • In bassa tensione, se πΌππ€ = πΌππ allora βπ‘ = 1π altrimenti se πΌππ€ < πΌππ , il tempo deve essere specificato. Sganciatori di sovracorrente • Gli sganciatori di sovracorrente di cui sono muniti gli interruttori automatici e che ne determinano l’intervento in caso di sovraccarico o di cortocircuito sono, in generale, dei relè di protezione in cui la grandezza agente, ossia la grandezza fisica a cui il dispositivo è sensibile, è la corrente elettrica. • relè di massima se intervengono quando la grandezza agente supera il valore di taratura impostato (relè di massima corrente, per esempio); • relè di minima se intervengono quando la grandezza agente diventa minore del valore di taratura impostato (relè di minima tensione, per esempio); • relè differenziali che agiscono sulla base del valore assunto dalla differenza tra due grandezze omogenee; sono molto diffusi gli sganciatori di corrente differenziali che intervengono quando la differenza tra due correnti supera il valore di taratura; • relè direzionali, sensibili al verso della grandezza agente. Caratteristica d’intervento del relè. • In base alla forma di tale caratteristica si distinguono: • relè a tempo indipendente • relè a tempo dipendente • rele a tempo inverso Relè a tempo indipendente Relè a tempo inverso Sganciatore magnetotermico • Gli sganciatori magnetotermici di massima corrente sono molto usati per la protezione contro le sovracorrenti di sovraccarico e di cortocircuito. L’apparecchio che ne deriva prende il nome di interruttore magnetotermico. • Sono formati dall’unione di due relè, precisamente: 1. un relè termico a lamina bimetallica 2. un relè magnetico Relè termico a lamina bimetallica Relè termico a lamina bimetallica Relè magnetico Caratteristica d’intervento di un magnetotermico • zona A (πΌ < πΌπ ): zona di non intervento; • zona B (πΌ < πΌπ ≤ 5 ÷ 10πΌπ ): protezione dai sovraccarichi; • zona C (πΌ > 5 ÷ 10πΌπ ): sovracorrenti di cortocircuito, l’intensità della corrente è maggiore dei valori di soglia di ambedue gli sganciatori, ma interviene solo quello magnetico che ha, a parità di corrente, ha un tempo d’intervento minore; lo scatto è istantaneo, senza ritardo intenzionale. A B C Caratteristica d’intervento degli sganciatori magnetotermici della tabella F6.4. πΌπ < πΌπ < πΌπ§ < πΌπ Per la scelta dello sganciatore si deve fare riferimento alla corrente d’impiego πΌπ e alla portata della conduttura πΌπ . Per esempio, se la corrente d’impiego è pari a 85 A e la portata vale 95 A si può utilizzare un interruttore con corrente nominale 100 A, associato a uno sganciatore TM100D con πΌπ = 100 A, con regolazione termica πΌπ = 90 A (0,9 × πΌπ ), valore che consente la circolazione della corrente d’impiego senza superare il limite della portata. In caso di cortocircuito si avrà un intervento istantaneo se la sovracorrente supera la soglia di taratura πΌπ = 800 A. πΌπ < πΌπ < πΌπ§ < πΌπ Caratteristiche d’intervento degli interruttori automatici per bassa tensione Carichi luce Di serie B Motori C D
