7 - Protezione degli apparecchi utilizzatori

Indice
7 - Protezione degli apparecchi
utilizzatori
n Protezione dei circuiti di illuminazione
pag. 394
n Protezione motori
pag. 403
n Protezione dei circuiti alimentati da un generatore
pag. 416
n Protezione dei trasformatori BT/BT
pag. 418
n Compensazione dell'energia reattiva
pag. 422
393
Protezione dei circuiti
di illuminazione
Protezione
degli apparecchi
utilizzatori
lampada
scelta
Impatto delle lampade scelte sul circuito elettrico
caratteristiche elettriche indotte
profilo di corrente
di una lampada nelle diverse fasi,
con il passare
del tempo
inizio
vita
fine
vita
messa sotto tensione
da 0,5 a 100 ms
preriscaldamento
da 1 s a 10 mn
regime stabilito (In)
1
t
1 corrente di spunto
alla messa sotto tensione
I
I
In
In
20
debolissima
resistenza
del filamento
a freddo
100 ms
20
100 ms
saturazione iniziale
dei circuiti
ferromagnetici
20 ms
carico iniziale delle
capacità del circuito
tutte le lampade
a scarica
(fluorescenti e
alta intensità)
richiedono
una fase
di ionizzazione
del gas prima
dell'accensione
che genera un
sovraconsumo
lampade a incandescenza
normali
cc da 10 a 15 In
e alogene BT
per 5-10 ms
alogene
bassissima
tensione
+ trasformatore
ferromagnetico
alogene
bassissima
tensione
+ trasformatore
elettronico
lampade fluorescenti
con ballast
ferromagnetico
non compensato
con ballast
ferromagnetico
compensato
I
I
In
In
20
cc da 20 a 40 In
per 5-10 ms
cc da 30 a 100 In
per 0.5 ms
cc da 20 a 60 In
per 0.5-1 ms
cc
cc durata:
da alcuni decimi
di secondo ad
alcuni secondi,
cc ampiezza:
da 1,5 a 2 volte
la corrente
nominale In
cc
fino a 2 volte
la corrente
nominale
cc
cc da 30 a 100 In
per 0.5 ms
cc
cc
cc da 10 a 15 In
per 5-10 ms
cc 20 a 60 In
per 0.5 a 1 ms
cc 30 a 100 In
per 0.5 ms
fine vita
sovraconsumo
oltre la durata
nominale
(tempo
trascorso il
quale il 50 %
delle
lampade
dello stesso
tipo sono
fuori uso)
fino a 2 volte
la corrente
nominale
cc
cc da 10 a 15 In
per 5-10 ms
100 ms
non deformazione su distorsione creata
impedenze passive dal raddrizzamento/
filtraggio
di un convertitore
elettronico
LED
diodi elettroluminescenti
394
20
100 ms
cc
con ballast
elettronico
lampade a scarica alta intensità
con ballast
ferromagnetico
non compensato
con ballast
ferromagnetico
compensato
con ballast
elettronico
t
2 corrente di
3 corrente di regime stabilito
preriscaldamento
I
In
2
cc
cc durata:
da 1 a 10 mn,
cc ampiezza:
da 1,1 a 1,6 volte cc
la corrente
nominale In
vedere dati
costruttore
fino a 2 volte
la corrente
nominale
cc
impatti del tipo di lampade
sui principali componenti del circuito elettrico di alimentazione
cavi elettrici
interruttore automatico
protezione differenziale
cc Il dimensionamento
di massima della sezione
dei conduttori dipende
dalla corrente a regime
stabilito.
cc Deve inoltre tenere
conto delle sovracorrenti
di preriscaldamento
prolungato e di fine vita
delle lampade.
cc Nei circuiti trifase
con lampade che
generano armoniche
di ordine 3 e multipli
di 3, dimensionare
il conduttore di neutro
di conseguenza.
cc Il calibro dell'interruttore
deve essere in grado
di proteggere i conduttori
senza sganciare:
vv alla messa sotto tensione
vv nelle fasi di
preriscaldamento e fine vita
delle lampade.
cc La scelta della curva
di intervento e del numero
di lampade a valle
permettono di ottimizzare
la continuità di servizio.
rischio di surriscaldamento dei conduttori
rischio di sgancio intempestivo
apparecchio di comando
fattore di potenza
pagina 396
cc Potenza consumata (W)/
potenza apparente (VA),
cc < 1 in presenza di circuiti
reattivi non compensati
(induttanza o capacità
dominante).
cc Determina la corrente
nominale del circuito in
funzione della potenza utile
delle lampade e delle perdite
1
vicino a 1 a pieno carico
per tutta la durata
del prodotto
a fine vita
(correnti di dispersione
armoniche)
> 0,92
0,5
> 0,92
(la sovracorrente di
preriscaldamento è breve
e non deve essere
considerata. Medio
a fine vita)
> 0,92 con ballast esterno
0,5 con ballast integrato
rischio di sovraccarico
teleruttore
contattore modulare
(correnti di dispersione
armoniche)
compensazione seriale
compensazione parallela
(correnti di dispersione
armoniche)
teleruttore
contattore modulare
compens. seriale:
teleruttore
contattore modulare
compens. parallela:
teleruttore
contattore
modulare
(correnti di dispersione alta
frequenza generate dai circuiti
elettronici)
> 0,92
Per tutta la durata
nominale del prodotto
0,5
(la lunga fase
di preriscaldamento
e la fine del prodotto
richiedono cavi elettrici
in grado di supportare
il doppio della corrente
nominale)
> 0,92
pagina 398
cc Le tabelle riportate nelle prossime
pagine della guida indicano per ciascun
calibro la potenza totale delle lampade
che un teleruttore o un contattore
modulare è in grado di comandare.
cc L'appliczione di queste regole
garantisce che gli apparecchi di
comando siano in grado di supportare:
vv la corrente di spunto alla messa sotto
tensione (compatibile con il loro potere
di chiusura),
vv la corrente di preriscaldamento
(compatiile con la loro tenuta termica).
cc Preferire l'utilizzo del teleruttore,
poichè a parità di calibro:
vv può spesso comandare più lampade
di un contattore,
vv consuma meno corrente e dissipa
meno calore.
(correnti di dispersione
alta frequenza generate dai circuiti
elettronici)
> 0,92
pagina 397
cc La sensibilità della funzione
differenziale deve essere
dimensionata per proteggere:
vv le persone contro le scosse
elettriche: 30 mA,
vv i beni contro il rischio d'incendio:
300 o 500 mA.
cc Il calibro (del blocco Vigi o
dell'interruttore differenziale) deve
essere superiore o uguale a quello
dell'interruttore a monte
(coordinamento).
cc Per un' eccellente continuità
di servizio, scegliere un prodotto:
vv temporizzato (tipo s)
per la protezione a monte contro
l'incendio,
vv "super immunizzato" (si)
per la protezione delle persone.
(correnti di dispersione
armoniche)
(correnti di dispersione
armoniche)
(correnti di disp. alta freq.
generate dai circuiti elettronici)
395
Protezione dei circuiti
di illuminazione
Protezione
degli apparecchi
utilizzatori
Principi di scelta degli interruttori automatici
Interruttori automatici
cc Gli apparecchi di protezione permettono di:
vv prevenire gli incendi provocati da un eventuale guasto al circuito elettrico
(cortocircuito, sovraccarico, guasto d’isolamento),
vv garantire la sicurezza delle persone contro le scosse elettriche in caso di contatti
indiretti.
cc La scelta degli apparecchi di protezione deve essere ottimizzata per garantire
una sicurezza totale insieme alla continuità di servizio.
cc Anche se talvolta gli apparecchi di protezione sono utilizzati come organi
di comando dei circuiti d'illuminazione, si consiglia di installare degli apparecchi
di comando separati più adatti alle commutazioni frequenti (interruttore, contattore,
teleruttore).
t [s]
protezione contro i sovraccarichi
7-15
2-4
0.5-1.5
B
C
D
0.01-0.02
1.1-1.5
3-5
5-10
10-14
I / In
La curva di intervento rende la protezione più o meno sensibile:
cc alla corrente di spunto alla messa sotto tensione
cc alla corrente di sovraccarico durante la fase di
preriscaldamento breve (< 1 s) delle lampade
Scelta del potere di interruzione
cc Deve essere superiore o uguale alla corrente di cortocircuito presunta a monte
dell'interruttore.
cc Tuttavia in caso di associazione con un interruttore a monte che limita la corrente,
il potere di interruzione può essere eventualmente ridotto (filiazione).
Scelta del calibro
cc Il calibro (In) viene scelto per proteggere il collegamento elettrico:
vv per i cavi: viene scelto in funzione della sezione.
vv per le canalizzazioni elettriche prefabbricate Canalis: deve essere semplicemente
inferiore o uguale al calibro della canalizzazione elettrica.
cc In generale il calibro deve essere superiore alla corrente nominale dei circuiti.
Tuttavia nel caso dei circuiti d'illuminazione, per assicurare un'eccellente continuità
di servizio, si consiglia di scegliere un calibro pari al doppio circa della corrente
nominale del circuito riducendo il numero di lampade per circuito.
cc Il calibro dell'interruttore a monte deve essere sempre inferiore o uguale al calibro
dell'apparecchio di comando installato a valle (interruttore, interruttore differenziale,
contattore, teleruttore, …).
Scelta della curva di intervento
cc Gli installatori utilizzano sempre la stessa curva per i circuiti d'illuminazione: B o C
a seconda dell'abitudine.
cc Tuttavia per prevenire sganci intempestivi può essere consigliabile scegliere
una curva meno sensibile (esempio: passare da B a C).
Continuità di servizio
Precauzioni contro gli sganci intempestivi
Gli sganci intempestivi possono essere provocati:
cc dalla corrente di spunto alla chiusura del circuito;
cc dalla corrente di sovraccarico durante la fase di preriscaldamento delle lampade;
cc dalla corrente armonica che attraversa il neutro dei circuiti trifase (1).
3 soluzioni
cc Scegliere un interruttore con una curva meno sensibile: passaggio dalla curva B
alla curva C o dalla curva C alla curva D (2)
cc Ridurre il numero di lampade per circuito
cc Accendere i circuiti in successione, utilizzando ausiliari di temporizzazione sui relè
di comando.
Non aumentare in nessun caso il calibro dell'interruttore perchè i collegamenti
elettrici non sarebbero più protetti.
(1) Nel caso specifico di circuiti trifase che alimentano lampade a scarica con ballast elettronici,
vengono generate correnti armoniche di ordine 3 e multipli di 3. Il conduttore di neutro deve
essere dimensionato in modo da evitarne il riscaldamento. Tuttavia la corrente che circola
nel neutro potrebbe diventare superiore alla corrente di ogni fase e provocare uno sgancio
intempestivo.
(2) Negli impianti con cavi molto lunghi in schema TN o IT, potrebbe essere necessario
aggiungere una protezione differenziale per assicurare la protezione delle persone.
396
Principi di scelta dei dispositivi differenziali
Dispositivi differenziali
Curva di intervento di un differenziale 30 mA
cc Gli apparecchi di protezione differenziale permettono di:
vv prevenire gli incendi provocati da un eventuale guasto d’isolamento al circuito
elettrico,
vv garantire la sicurezza delle persone contro le scosse elettriche (contatti diretti
o indiretti).
cc La scelta degli apparecchi di protezione deve essere ottimizzata per garantire
una sicurezza totale insieme alla continuità di servizio.
cc L'installazione di una protezione differenziale sui circuiti d'illuminazione varia
a seconda delle norme, del regime di neutro e delle abitudini d'installazione.
1000
[mA]
Norma
IEC 60479-2
100
[mA]
differenziale
"si"
10
[mA]
Scelta della sensibilità
differenziale tradizionale
1
[mA]
10 [Hz]
100 [Hz]
1000 [Hz]
cc Per assicurare una protezione solo contro gli incendi: 300 mA.
cc Per assicurare una protezione contro le scosse elettriche: 30 mA.
10000 [Hz]
Differenziali si
: la norma internazionale IEC 60479-2
cc Curva grigia
determina la corrente limite di sgancio di un differenziale
in funzione della frequenza. Questo limite corrisponde
alla corrente che il corpo umano è in grado di sopportare senza
correre alcun pericolo.
: i dispositivi differenziali tradizionali sono
cc Curva  nera
più sensibili alle correnti alta frequenza che a 50/60 Hz.
: i differenziali "super immunizzati" "si"
cc Curva verde
sono meno sensibili alle perturbazioni alta frequenza e
garantiscono al contempo massima protezione delle persone.
Scelta del calibro
cc Il calibro deve essere superiore o uguale all'intensità totale del circuito.
Questa può raggiungere anche il doppio della corrente nominale delle lampade:
vv per le lampade a scarica a causa del loro preriscaldamento (diversi minuti)
vv sovraconsumo delle lampade che superano la loro durata nominale.
cc Il calibro del differenziale (blocco Vigi o interruttore differenziale) deve essere
sempre superiore o uguale al calibro dell'interruttore a monte.
Continuità di servizio
cc In caso di circuito a 2 livelli di protezione differenziale, si consiglia di utilizzare:
vv una protezione differenziale a monte temporizzata con una sensibilità superiore
o pari a 3 volte quella della protezione a valle (esempio 100 o 300 mA di tipo s),
vv uno o più dispositivi differenziali istantanei da 30 mA a valle.
La protezione "super immunizzata"
Differenziali "super immunizzati" "si"
cc Le lampade compatte fluorescenti e le lampade a scarica alta intensità con ballast
elettronico generano correnti ad alta frequenza (diversi kHz) che circolano
tra i conduttori e la terra nei filtri d'ingresso dei ballast e nelle capacità parassite
dell'impianto.
cc Le correnti armoniche (fino ad alcuni mA per ballast) possono provocare
lo sgancio dei dispositivi differenziali tradizionali.
cc Per evitare questo tipo di effetti indesiderati e mantenere un'eccellente continuità
di servizio, si consiglia di utilizzare i differenziali super immunizzati "si".
397
Protezione
degli apparecchi
utilizzatori
Protezione dei circuiti
di illuminazione
Principi di scelta dei teleruttori
e dei contattori modulari
Apparecchi di comando
cc La loro funzione è quella di comandare l'accensione e lo spegnimento
delle lampade commutando il o i conduttori di fase.
cc Si installano a valle degli apparecchi protezione, alla partenza di ogni circuito
d'illuminazione.
cc La loro tecnologia permette di effettuare numerosissime manovre (nell'ordine
delle 100.000) senza alterarne le prestazioni in condizioni normali di funzionamento.
cc Il montaggio di un relè di comando (teleruttore, contattore) permette di:
vv comandare a distanza un circuito d'illuminazione di potenza importante,
vv realizzare facilmente delle funzioni evolute (comando centralizzato, temporizzazione,
programmazione, ecc…)
Scelta del dispositivo di comando
TL
Circuito senza relè
(interruttore )
tipo di architettura
CT
CT
Contattore modulare
a muro
i circuiti di comando e di potenza sono separati.
permettono fra l'altro di collegare gli apparecchi di comando (pagina xx)
che hanno spesso una capacità di commutazione limitata.
in involucro (quadro, centralino)
numero
di punti
tipo
da 1 a 3
multiplo
diretto
consumo
nullo
ad impulsi
con pulsante
nullo
tranne in comando
16 o 32 A
16, 25, 40, 63 A
i contatti consentono numerose funzioni:
cc temporizzazione;
cc comando per pulsanti luminosi;
cc comando ad impulsi;
cc visualizzazione;
cc comando mantenuto;
cc comando centralizzato multi-livello.
più kW
installazione
comando
agisce direttamente
sul circuito di potenza
ETL
Teleruttore
calibro
possibilità d’installazione
6, 10 o 16 A
cc per 2 punti di comando,
utilizzare 2 deviatori;
cc per 3 punti di comando,
utilizzare un commutatore
e 2 deviatori.
potenza comandata
meno di 1 kW
tipo di circuito comandato
monofase
numero di lampade comandate
da calcolare
monofase (1 o 2 P)
o trifase (3 o 4 P monoblocco
o in associazione con
estensione ETL)
vedere tabelle
semplice (versione standard)
o multiplo (versione con ausiliario)
mantenuto con interruttore (versione standard) o
ad impulsi con pulsante (versione con contatto ausiliario)
In servizio (da 1 a 2 W)
monofase (1 o 2 P) o trifase (3 o 4 P)
Contattore CT+ e teleruttore TL+ alte prestazioni
Adatti alle applicazioni più esigenti
cc Silenziosi e compatti;
cc lunghissima durata;
cc assenza di disturbi elettromagnetici;
cc adatti in modo specifico al comando di lampade con ballast ferromagnetico
con consumo fino a 20 A (CT+) o 16 A (TL+) in regime stabilito.
CT+
398
Scelta del calibro
Il calibro del relè deve essere scelto in base ai dati forniti dalle tabelle
presentate nelle pagine seguenti.
cc Il calibro riportato sul fronte dei prodotti non corrisponde mai alla corrente
nominale del circuito d'illuminazione.
cc Le norme che stabiliscono i calibri dei relè non tengono conto di tutte le
caratteristiche elettriche delle lampade in ragione della loro diversità e della
complessità dei fenomeni elettrici generati (corrente di spunto, corrente
di preriscaldamento, corrente a fine vita,…).
cc Schneider Electric realizza regolarmente numerose prove allo scopo
di determinare per ogni tipo e configurazione di lampade, il numero massimo
di lampade comandabile da un relè di un calibro dato per una potenza data.
Dissipazione termica
cc Il principio di funzionamento stesso dei contattori modulari provoca una costante
dissipazione di calore (diversi watt) dovuta:
vv al consumo della bobina,
vv alla resistenza dei contatti di potenza.
In caso di installazione di più contattori modulari affiancati nella stessa cassetta
si consiglia di inserire una elemento di ventilazione laterale ad una distanza regolare
(ogni 1 o 2 contattori). Questo facilita la dissipazione del calore.
Se la temperatura interna all'involucro supera i 40 °C, applicare al calibro
un fattore di declassamento dell'1 % per °C oltre i 40 °C.
cc I teleruttori sostituiscono vantaggiosamente i contattori modulari perchè a parità
di calibro:
vv possono comandare più lampade di un contattore,
vv consumano meno e dissipano meno calore (nessuna presenza di corrente
nella bobina),
vv non richiedono elemento separatore, permettono una installazione più compatta.
399
Protezione dei circuiti
di illuminazione
Protezione
degli apparecchi
utilizzatori
Scelta del calibro in funzione del tipo di lampada
Nota generale: I contattori modulari e i teleruttori non utilizzano
le stesse tecnologie. Il loro calibro è determinato secondo
norme diverse e non corrisponde alla corrente nominale
del circuito (tranne che per TL+ e CT+).
Quindi per un dato calibro un teleruttore è più performante
di un contattore modulare per il comando di lampade con forte
corrente di spunto, o con un basso fattore di potenza
(circuito induttivo non compensato).
tipo
di lampada
potenza unitaria e capacità
del condensatore
di compensazione
Calibro del relè
cc La tabella sottostante indica il numero massimo di lampade per ogni relè, in base
al tipo, alla potenza e alla configurazione di una lampada data.
A titolo indicativo è indicata anche la potenza totale ammessa.
cc I valori indicati si riferiscono ad un circuito 230 V con 2 conduttori attivi
(monofase fase / neutro o bifase fase / fase). Per i circuiti 110 V, dividere per due
i valori della tabella.
cc Per ottenere i valori equivalenti per un intero circuito trifase 230 V, moltiplicare
il numero di lampade e la potenza utile massima:
vv per 3 (1,73) per i circuiti 230 V tra fasi senza neutro
vv per 3 per i circuiti 230 V tra fasi e neutro o 400 V tra fasi.
numero max di lampade per un circuito monofase
e potenza utile massima per circuito
Teleruttore TL
Contattore CT
16 A
32 A
16 A
25 A
lampade a incandescenza tradizionali, lampade alogene BT, lampade di emergenza a vapore di mercurio (senza ballast)
40 W
40
1500 W 106 4000 W 38
1550 W 57
2300 W
a
a
a
a
60 W
25
66
30
45
1600 W 53
4200 W 25
2000 W 38
2850 W
75 W
20
100 W
16
42
19
28
150 W
10
28
12
18
200 W
8
21
10
14
300 W
5
1500 W 13
4000 W 7
2100 W 10
3000 W
500 W
3
8
4
6
1000 W
1
4
2
3
1500 W
1
2
1
2
lampade alogene a bassissima tensione 12 o 24 V
con trasformatore 20 W
70
1350 W 180 3600 W 15
300 W 23
450 W
ferromagnetico
a
a
a
a
50 W
28
74
10
15
1450 W 50
3750 W 8
600 W 12
900 W
75 W
19
100 W
14
37
6
8
con trasformatore 20 W
60
1200 W 160 3200 W 62
1250 W 90
1850 W
elettronico
a
a
a
a
50 W
25
65
25
39
1400 W 44
3350 W 20
1600 W 28
2250 W
75 W
18
100 W
14
33
16
22
tubi fluorescenti con starter e ballast ferromagnetico
15 W
83
1250 W 213 3200 W 22
330 W 30
450 W
1 tubo
a
a
a
senza
18 W
70
186 a
22
30
(1)
1300 W 160 3350 W 22
850 W 30
1200 W
compensazione
20 W
62
36 W
40 W
58 W
65 W
80 W
115 W
15 W
1 tubo
con
18 W
compensazione
20 W
parall. (2)
36 W
40 W
58 W
65 W
80 W
115 W
2 o 4 tubi
2 x 18 W
con
4 x 18 W
compensazione
2 x 36 W
ser.
2 x 58 W
2 x 65 W
2 x 80 W
2 x 115 W
tubi fluorescenti con ballast elettronico
1 o 2 tubi
18 W
36 W
58 W
2 x 18 W
2 x 36 W
2 x 58 W
400
5 µF
5 µF
5 µF
5 µF
5 µF
7 µF
7 µF
7 µF
16 µF
35
31
21
20
16
11
60
50
45
25
22
16
13
11
7
56
28
28
17
15
12
8
93
20
81
20
55
13
50
13
41
10
29
7
900 W 160 2400 W 15
133
15
120
15
66
15
60
15
42
10
37
10
30
10
20
5
2000 W 148 5300 W 30
74
16
74
16
45
10
40
10
33
9
23
6
28
28
17
17
15
10
200 W 20
a
20
800 W 20
20
20
15
15
15
7
1100 W 46
a
24
1500 W 24
16
16
13
10
80
40
26
40
20
13
1450 W 212 3800 W
a
106 a
1550 W 69
4000 W
106
53
34
1300 W 111
a
58
1400 W 37
55
30
19
74
38
25
36
20
12
300 W
a
1200 W
1650 W
a
2400 W
2000 W
a
2200 W
40 A
63 A
115
85
70
50
35
26
18
10
6
4
4600 W 172
a
125
5250 W 100
73
50
37
5500 W 25
a
15
6000 W 8
5
42
27
23
18
182
76
53
42
850 W 63
a
42
1950 W 35
27
3650 W 275
a
114
4200 W 78
60
70
70
70
60
60
35
35
30
20
40
40
40
40
40
30
30
30
14
80
44
44
27
27
22
16
1050 W 100
a
100
2400 W 100
90
90
56
56
48
32
600 W 60
a
60
2400 W 60
60
60
43
43
43
20
2900 W 123
a
68
3800 W 68
42
42
34
25
222
117
74
111
60
38
4000 W 333
a
176
4400 W 111
166
90
57
6900 W
a
7500 W
7500 W
a
8000 W
1250 W
a
2850 W
5500 W
a
6000 W
1500 W
a
3850 W
900 W
a
3500 W
4450 W
a
5900 W
6000 W
a
6600 W
tipo
di lampada
potenza unitaria e capacità
del condensatore
di compensazione
numero max di lampade per un circuito monofase
e potenza utile massima per circuito
Teleruttore TL
16 A
32 A
Contattore CT
16 A
25 A
40 A
63 A
Lampade compatte fluorescenti
con ballast
5W
240 1200 W 630 3150 W 210 1050 W 330 1650 W 670 3350 W non testato
171 a
457 a
150 a
222 a
478 a
elettronico esterno 7 W
9W
138 1450 W 366 3800 W 122 1300 W 194 2000 W 383 4000 W
11 W
118
318
104
163
327
18 W
77
202
66
105
216
26 W
55
146
50
76
153
con ballast
5W
170 850 W 390 1950 W 160 800 W 230 1150 W 470 2350 W 710 3550 W
7W
121 a
285 a
114 a
164 a
335 a
514 a
elettronico
900 W 133 1300 W 266 2600 W 411 3950 W
9W
100 1050 W 233 2400 W 94
integrato
(sostituzione
11 W
86
200
78
109
222
340
delle lampade
18 W
55
127
48
69
138
213
a incandescenza) 26 W
40
92
34
50
100
151
lampade a vapore di mercurio alta pressione con ballast ferromagnetico senza starter, lampade di emergenza a vapore di sodio alta pressione
con ballast ferromagnetico a starter integrato (3)
senza
50 W
non testato,
15
750 W 20
1000 W 34
1700 W 53
2650 W
a
a
a
a
10
15
27
40
compensazione (1) 80 W
uso poco frequente
1000 W 10
1600 W 20
2800 W 28
4200 W
8
125 / 110 W (3)
250 / 220 W (3)
400 / 350 W (3)
700 W
50 W
7 µF
con
80 W
8 µF
compensazione
(3)
10 µF
125 / 110 W
in parallelo (2)
18 µF
250 / 220 W (3)
25 µF
400 / 350 W (3)
700 W
40 µF
1000 W
60 µF
lampade a vapore di sodio bassa pressione con ballast ferromagnetico con starter esterno
35 W
non testato,
senza
uso poco frequente
compensazione (1) 55 W
90 W
135 W
180 W
con
35 W
20 µF
38
1350 W 102 3600 W
55 W
20 µF
24
63
compensazione
90 W
26 µF
15
40
in parallelo (2)
135 W
40 µF
10
26
180 W
45 µF
7
18
lampade a vapore di sodio alta pressione, lampade a ioduri metallici
35 W
non testato,
con ballast
70 W
uso poco frequente
ferromagnetico
150 W
con starter
250 W
esterno, senza
compensazione (1) 400 W
1000 W
con ballast
35 W
6 µF
34
1200 W 88
3100 W
a
a
70 W
12 µF
17
45
ferromagnetico
1350 W 22
3400 W
20 µF
8
con starter esterno, 150 W
32 µF
5
13
e compensazione 250 W
400 W
45 µF
3
8
in parallelo (2)
1000 W
60 µF
1
3
2000 W
85 µF
0
1
con ballast
35 W
38
1350 W 87
3100 W
a
a
70 W
29
77
elettronico
2200 W 33
5000 W
150 W
14
4
2
1
10
9
9
4
3
2
0
6
4
2
500 W 15
a
13
1400 W 10
6
4
2
1
5
5
3
2
2
3
3
2
1
1
270 W
a
360 W
16
8
4
2
1
0
12
6
4
3
2
1
0
24
18
9
600 W
100 W
a
180 W
9
9
6
4
4
5
5
4
2
2
24
12
7
4
3
1
450 W 18
a
9
1000 W 6
4
3
2
1
850 W 38
a
29
1350 W 14
750 W
a
1600 W
320 W
a
720 W
175 W
a
360 W
850 W
a
1200 W
10
6
4
28
25
20
11
8
5
3
15
10
6
1400 W 43
a
38
3500 W 30
17
12
7
5
14
14
9
6
6
10
10
8
5
4
500 W 24
a
24
1100 W 19
10
10
350 W 15
a
15
720 W 11
7
6
850 W
a
1800 W
1450 W 64
a
32
2000 W 18
11
8
3
1100 W 50
a
25
4000 W 15
10
7
5
3
2400 W 102
a
76
4000 W 40
2250 W
a
3200 W
42
20
13
8
5
2
650 W
31
a
16
2000 W 10
7
5
3
2
1350 W 68
a
51
2200 W 26
2150 W
a
5000 W
550 W
a
1100 W
1750 W
a
6000 W
3600 W
a
6000 W
(1) I circuiti con ballast ferromagnetici non compensati consumano il doppio di corrente per una lampada con potenza utile data. Questo spiega il numero ridotto
di lampade di questa configurazione.
(2) La capacità totale dei condensatori di compensazione in parallelo in un circuito limita il numero di lampade comandabili da un contattore. La capacità totale
a valle di un contattore modulare da 16, 25, 40 e 63 A non deve superare rispettivamente 75, 100, 200 e 300 µF. Tener conto di questi valori limite per calcolare
il numero massimo consentito di lampade se i valori di capacità sono diversi da quelli riportati nella tabella.
(3) Le lampade a vapore di mercurio alta pressione senza starter, di potenza 125, 250 e 400 W vengono progressivamente sostituite con lampade a vapore di sodio
alta pressione con starter integrato e potenza 110, 220 e 350 W.
Cos
0,95
0,85
0,5
Nel caso in cui i contattori o teleruttori tradizionali siano in grado di comandare solo un numero molto limitato di lampade, i CT+ e TL+ sono
un'alternativa da prendere in considerazione. Sono infatti adatti in modo specifico alle lampade a forte corrente di spunto e con consumo fino
a 16 A (TL+) o 20 A (CT+) in regime stabilito (ad esempio: lampade con ballast o trasformatore ferromagnetico). La tabella a fianco indica
Pc [W]
la potenza comandabile Pc in funzione del fattore di potenza. Per le lampade a scarica alta intensità dividere per due la potenza
3500 4300 (corrente di preriscaldamento).
3500 3900 Esempio: Quanti tubi fluorescenti da 58 W compensati (fattore di potenza 0,85) con ballast ferromagnetici (10 % di perdita) è possibile comandare
con un CT+ 20 A ? Numero di lampade N = potenza comandabile Pc / (potenza utile di ogni lampada + perdita del ballast), ovvero in questo caso
1800 2300 N = 3900 / (58 + 10 %) = 61. Un CT 16 A è invece limitato a 10 tubi da 58 W, un CT 25 A a 15 lampade e un CT 63 A a 43 lampade.
401
Protezione
degli apparecchi
utilizzatori
Protezione dei circuiti
di illuminazione
Ausiliari degli apparecchi di comando
Ausiliari di comando
cc Offrono una grande varietà di funzioni:
vv dalle più semplici (segnalazione, temporizzazione, accensione ritardata, ecc.),
vv alle più evolute (comando centralizzato multi-livelli, comando ad impulsi, …),
cc Alcuni ausiliari permettono di eliminare le perturbazioni elettriche che possono
disturbare il funzionamento delle commutazioni.
cc Schneider-Electric vanta l'offerta più completa e più coerente del mercato.
Tutti gli ausiliari di una famiglia di prodotti (contattore modulare o teleruttore)
sono compatibili con tutti gli apparecchi della stessa famiglia.
cc La loro installazione è semplificata al massimo dalle clip di assemblaggio integrate
che realizzano contemporaneamente i collegamenti elettrici e meccanici.
Per maggiori informazioni sugli ausiliari di Teleruttori TL e Contattori CT
e le relative funzioni si rimanda al relativo catalogo prodotto.
402
Protezione motori
Protezione
degli apparecchi
utilizzatori
Generalità
Il motore asincrono è un motore robusto ed affidabile e per questo ha
un’applicazione molto diffusa. Di conseguenza le protezioni associate hanno
un’importanza rilevante per quanto riguarda il suo utilizzo.
Il cattivo funzionamento dei dispositivi associati può causare gravi danni:
cc alle persone:
vv pericolo di contatti indiretti per un guasto all’isolamento,
vv effetti indotti dal cattivo funzionamento dei dispositivi di protezione,
cc alle macchine e ai cicli produttivi:
vv mancato avviamento del sistema di sicurezza,
vv perdita di produttività dell’impianto,
cc ai motori:
vv costo di manutenzione ordinaria,
vv costo di revisione del motore.
La protezione deve quindi garantire un’affidabilità globale dell’impianto,
delle persone e dei beni.
Caratteristica di funzionamento di un motore asincrono
La curva tipica dell’assorbimento di corrente di un motore asincrono in funzione
del tempo è rappresentata dalla figura a fianco.
Pn
Corrente nominale ln = _____________
t [s]
e·Un·h·cos j
Corrente di avviamento Ia = 5 ÷8 In.
Corrente di spunto Is = 8 ÷12 In.
da 1 a
10 s
da 20 a
30 ms
Un [V]: tensione di alimentazione;
Pn [W]: potenza nominale;
cosj: fattore di potenza a carico nominale;
η: rendimento del motore a carico nominale.
Per maggiori approfondimenti vedere pag. 409.
I [A]
In
Ia
Is
Norma CEI EN 60947-4-1
Protezione e coordinamento delle partenze-motore
Una partenza-motore può essere costituita da 1, 2, 3 o 4 apparecchi differenti
che assicurano una o più funzioni; nel caso di associazione di più apparecchi
è necessario coordinarli al fine di garantire un funzionamento ottimizzato
dell’applicazione motore.
I parametri da considerare per la protezione della partenza-motore sono molti
e dipendono:
cc dall’applicazione (tipo di macchina esercita, sicurezza di funzionamento,
frequenza di manovra, …);
cc dalla continuità di servizio imposta dall’utilizzo o dall’applicazione;
cc dalle norme da rispettare per assicurare la protezione dei beni e delle persone.
Le funzioni elettriche da garantire sono di natura molto differente:
cc protezione (dedicata al motore per i sovraccarichi);
cc comando (generalmente ad elevata durata elettrica);
cc sezionamento.
Una partenza-motore dovrà soddisfare le regole generali della norma
CEI EN 60947-4-1 e, in particolare, le regole contenute in questa norma relative
ai contattori, agli avviatori e alle loro protezioni:
cc coordinamento dei componenti della partenza motore;
cc classe di intervento dei relé termici;
cc categorie di impiego dei contattori;
cc coordinamento dell’isolamento.
403
Protezione
degli apparecchi
utilizzatori
Protezione motori
Coordinamento di comando e protezione
Il sistema di comando e protezione
sezionamento
e protezione contro
i corto circuiti
comando
protezione contro
i sovraccarichi
o protezione termica
protezioni
specifiche
o interne al motore
Le principali funzioni richieste sono:
cc Sezionamento.
Isolare un circuito in vista di operazioni di manutenzione sulla partenza-motore
cc Protezione contro i corto circuiti.
Proteggere l’avviatore e i cavi contro le sovracorrenti elevate (> 10 In).
Questa funzione è assicurata da un interruttore automatico (o da un fusibile)
cc Comando.
Avviare e arrestare il motore, eventualmente:
vv avviamento progressivo
vv regolazione della velocità
cc Protezione contro i sovraccarichi.
Proteggere il motore ed i cavi contro le sovracorrenti più basse (< 10In).
I relé termici assicurano la protezione contro questo tipo di anomalia.
Possono essere di due tipi:
vv integrati al dispositivo di protezione contro il corto circuito,
vv separati.
cc Protezioni specifiche complementari:
vv protezioni "limitative" dei guasti che agiscono durante il funzionamento
del motore; ad esempio, sono assicurate dal dispositivo differenziale a corrente
residua, con IDn pari a circa il 5% di In che garantisce:
-- la protezione contro i rischi di incendio,
-- la protezione del motore e delle persone in caso di guasto a terra all’interno
del motore,
vv protezioni “preventive” dei guasti: il livello di isolamento del motore non in marcia
può essere verificato con un controllore permanente di isolamento (ad esempio,
motori per servizi di emergenza). In caso di diminuzione del livello di isolamento
dovuto a guasto o a particolari condizioni ambientali (umidità), viene impedito
l’avviamento del motore e si ha la possibilità di dare un allarme a distanza.
Correnti rispetto alle quali la partenza-motore
deve essere protetta
Sovraccarichi: I < 10 In
Generalmente possono avere origine:
cc elettrica: anomalia di rete (assenza di fase, tensione fuori tolleranze, …);
cc meccanica: coppia eccessiva dovuta a esigenze anormali del processo
o ad un deterioramento del motore (vibrazioni cuscinetti, …).
Entrambe le cause portano generalmente ad un avviamento troppo lungo.
Corto circuiti impedenti: 10 In < I < 50 In
Il deterioramento degli isolanti degli avvolgimenti motore ne è la principale causa.
Corto circuiti: I > 50 In
Questo tipo di guasto è molto raro, può avere come origine un errore
di collegamento nel corso di una operazione di manutenzione.
Scelta dei componenti dell’avviatore
Gli apparecchi che costituiscono l’avviatore devono essere scelti in base
all’andamento caratteristico della corrente assorbita dal motore durante
l’avviamento, alla frequenza degli avviamenti stessi ed alle caratteristiche della rete
di alimentazione.
Quando le varie funzioni sono realizzate da più apparecchi, i componenti possono
essere coordinati in modo da non subire alcun danno o solamente danni accettabili
e prevedibili in caso di corto circuito a valle dell’avviatore.
La norma definisce delle prove a differenti livelli d’intensità che hanno come obiettivo
il verificare gli apparecchi nelle condizioni estreme; la norma prevede due tipi
di coordinamento in funzione del danneggiamento ammesso.
Coordinamento di Tipo 1
Accetta un deterioramento del contattore e del relé purché siano verificate due
condizioni:
cc nessun rischio per l’operatore;
cc i componenti che non siano il contattore e il relé termico non devono subire
danneggiamenti.
Coordinamento di Tipo 2
In caso di corto circuito l’avviatore non deve provocare danni alle persone e alle
installazioni e deve essere in grado di funzionare ulteriormente (sia la protezione
che il comando).
Il rischio della saldatura dei contatti del contattore è ammesso, purché la loro
separazione risulti facile (ad esempio, utilizzando un cacciavite).
404
Criteri di scelta del tipo di coordinamento
La scelta del tipo di coordinamento può essere fatta in funzione dei bisogni
dell’utilizzatore e del costo dell’impianto, sulla base dei seguenti criteri:
cc coordinamento di tipo 1:
vv servizio di manutenzione qualificato,
vv costo ridotto delle apparecchiature,
vv volume ridotto dei componenti,
vv continuità di servizio non prioritaria e comunque assicurata attraverso
la sostituzione del cassetto “partenza-motore” che ha subito il guasto.
cc coordinamento di tipo 2:
vv continuità di servizio indispensabile,
vv servizio di manutenzione ridotto,
vv se richiesto espressamente nella specifica dell’impianto.
Quest'ultimo risulta essere il tipo di coordinamento generalmente più usato
Criteri di scelta dei componenti in funzione del tipo di coordinamento previsto
cc coordinamento di tipo 1.
La scelta dell’interruttore automatico e degli apparecchi che costituiscono l’avviatore
si effettua semplicemente in funzione dei seguenti parametri:
vv corrente nominale del circuito,
vv corrente di cortocircuito,
vv tensione di alimentazione,
vv tipo di avviamento: normale o pesante,
cc coordinamento di tipo 2.
Il coordinamento di tipo 2 comporta l’effettuazione di alcune prove specifiche
previste dalla norma CEI EN 60947-4-1 e quindi la scelta degli apparecchi si basa
sui risultati di queste prove.
In particolare, per garantire il coordinamento di tipo 2, la norma impone 3 prove
di corrente di guasto al fine di verificare il comportamento corretto degli apparecchi
in condizioni di sovraccarico e di cortocircuito.
T [s]
curva del relè
termico del motore
limite di tenuta termica
dell'interruttore (MA)
limite di tenuta
del relé termico
continuità di servizio>
<Intervento "imperativo" dell'interruttore
intervento magnetico
Zona
di sovraccarico
Zona di corto
circuito impedente
Zona di corto
circuito
Corrente "Ic" (sovraccarico)
Il relé termico assicura la protezione contro questo tipo di anomalia, fino
ad un valore Ic (funzione di Irm) definito dal costruttore.
La norma CEI EN 60947-4-1 precisa le 2 prove da realizzare per garantire
il coordinamento tra il relé termico e il dispositivo di protezione contro i cortocircuiti:
cc fino a 0,75 Ic solo il relé termico deve intervenire;
cc al valore di 1,25 Ic il dispositivo di protezione contro i cortocircuiti deve intervenire.
Dopo le due prove a 0,75 e 1,25 Ic le caratteristiche di intervento del relé termico
devono restare immutate.
Il coordinamento di tipo 2 permette anche di aumentare la continuità di servizio.
La richiusura del contattore si può fare automaticamente dopo l’eliminazione
del problema (nel caso specifico, del sovraccarico).
Corrente "r"(Corto circuito impedente)
La principale causa di questo tipo di guasto è il deterioramento dei materiali isolanti.
La norma CEI EN 60947-4-1 definisce una corrente di corto circuito intermedia "r".
Questa corrente di prova permette di verificare che il dispositivo di protezione
garantisca una protezione anche contro i cortocircuiti impedenti.
Dopo la prova, il contattore e il relé termico devono conservare le loro caratteristiche
di origine.
L’interruttore automatico deve intervenire in un tempo non superiore a 10 ms
per una corrente di guasto non inferiore a 15 In.
Corrente di impiego Ie [A]
0 < Ie ≤ 16
16 < Ie ≤ 63
63 < Ie ≤ 125
125 < Ie ≤ 315
315 < Ie ≤ 630
630 < Ie ≤ 1000
1000 < Ie ≤ 1600
Corrente presunta "r" [kA]
1
3
5
10
18
30
42
Corrente "Iq" (Corto circuito)
Questo tipo di guasto è molto raro e può essere originato, ad esempio, da un errore
di collegamento nel corso di un’operazione di manutenzione.
La protezione in caso di corto circuito è realizzata da dispositivi ad apertura rapida.
La norma CEI EN 60947-4-1 definisce una corrente "Iq" generalmente non inferiore
a 50 In. Questa corrente "Iq" permette di verificare l’attitudine in coordinamento
delle differenti apparecchiature in una linea di alimentazione motore.
Dopo questa prova alle condizioni estreme tutte le apparecchiature che fanno parte
del coordinamento devono continuare a funzionare correttamente.
405
Protezione
degli apparecchi
utilizzatori
Protezione motori
T [s]
Classe di intervento dei relé termici
Coordinamento di comando e protezione
Le 4 classi di intervento di un relé termico sono 10A, 10, 20 e 30 e se ne definiscono
i tempi di intervento massimi a 1,05, 1,2, 1,5 e 7,2 volte In.
Le classi di avviamento 10 e 10A sono le più utilizzate (avviamento normale)
Le classi di avviamento 20 e 30 sono riservate ai motori con avviamento difficile
(pesante).
La tabella e la figura qui riportate mostrano l’adattamento del relé termico ai tempi
di avviamento del motore.
Classe 30
Classe 20
Classe 10
classe
10 A
10
20
30
1.05 In
t>2h
t>2h
t>2h
t>2h
1.2 In
t<2h
t<2h
t<2h
t<2h
1.5In
t < 2 min
t < 4 min
t < 8 min
t < 12 min
7.2In
2 ≤ t ≤ 10 s
4 ≤ t ≤ 10 s
6 ≤ t ≤ 20 s
9 ≤ t ≤ 30 s
Le categorie di utilizzo dei contattori
I/In
La categoria di utilizzo dei contattori è necessaria per determinare la loro tenuta con
riferimento al numero e alla frequenza di manovra. Dipende, in generale, dal tipo di
carico utilizzatore da comandare; se l’utilizzatore è un motore dipende anche dalla
categoria di servizio.
La norma CEI EN 60947-4-1 definisce quattro categorie di utilizzo per assicurare
una buona durata del contattore nelle reali condizioni d’uso, tenendo conto di:
cc condizioni di apertura e di chiusura dell’apparecchio di comando;
cc adattabilità dell’apparecchio di comando ad applicazioni tipo;
cc valori normalizzati per le prove di durata sotto carico in funzione dell’applicazione.
categoria tipo di carico
il contattore comanda
AC-1
non induttivo (cosj 0,8) messa in tensione
AC-2
motore ad anelli (cosj
0,65)
AC-3
motore a gabbia
(cosj 0,45 per le
≤100A)
(cosj 0,35 per le >
100A)
motore a gabbia
(cosj 0,45 per le
≤100A)
(cosj 0,35 per le >
100A)
AC-4
corrente
interruzione
dell'alimentazione
periodo
di avviamento
tempi
Categoria di utilizzo AC3. Il contattore interrompe la corrente
nominale del motore.
corrente
interruzione
dell'alimentazione
tempi
periodo
di avviamento
Categoria di utilizzo AC4. Il contattore interrompe la corrente
di avviamento.
406
tipo di applicazione
riscaldamento
distribuzione
macchina per la trafilatura
avviamento
interruzione a motore lanciato
frenatura in contro corrente
marcia a scatti
avviamento
compressori, ascensori,
interruzione a motore lanciato pompe, miscelatori, scale
mobili, ventilatori,
climatizzatori, nastri
trasportatori
avviamento
macchine per tipografia
interruzione a motore lanciato trafilatrici
frenatura in contro corrente
inversione del senso di marcia
marcia a scatti
Categoria di utilizzo AC3
Riguarda i motori asincroni a rotore in corto circuito la cui interruzione si effettua
a motore lanciato; è l’utilizzo più corrente (85 % dei casi).
Il dispositivo di comando stabilisce la corrente di avviamento e interrompe
la corrente nominale ad una tensione pari a circa 1/6 del valore nominale.
L’interruzione è di facile realizzazione.
Categoria di utilizzo AC4
Riguarda i motori asincroni a rotore in corto circuito o ad anelli che possano
funzionare con frenatura in contro corrente o con marcia a “sbalzi”.
Il dispositivo di comando stabilisce la corrente di avviamento e può interrompere
questa stessa corrente ad una tensione che potrebbe essere uguale a quella di rete.
Queste condizioni difficili impongono di sovradimensionare i dispositivi di comando
e protezione rispetto a quanto si prevede per la categoria AC3.
Influenza della tensione d’alimentazione di un motore
I motori sono realizzati per erogare le prestazioni nominali con tensione
di alimentazione pari a Un ±5% e senza aumento della temperatura nominale
di funzionamento.
In pratica più il motore è di grosse dimensioni più è sensibile alle variazioni
di tensione oltre il limite sopra indicato, con i seguenti effetti negativi:
cc tensione inferiore a Un: riscaldamento anomalo per aumento del tempo
di avviamento;
cc tensione superiore a Un: aumento delle perdite Joule e delle perdite nel ferro
per i motori funzionanti a piena potenza.
Influenza della tensione di alimentazione
di un motore
Esempio
Un motore di potenza media alimentato con tensione pari al 90% della tensione
nominale fornisce:
cc in funzionamento a regime una coppia pari all’81% della coppia nominale;
cc in avviamento una coppia pari al 121% della coppia nominale, quando a tensione
nominale la coppia di avviamento è il 150% della coppia nominale.
In caso di avviamento diretto, con riduzione del 10% della tensione nominale,
i parametri di avviamento del motore variano nel modo seguente:
Corrente di avviamento: Iavv = Iavvn . ( Vavv ) = 0,9 . Iavvn
Vn
Coppia di avviamento: Cavv = Cavvn . ( Vavv ) = 0,81 . Cavvn
Vn
Tempo di avviamento: tavv = tavvn . ( Vavv ) = 1,23 . tavvn
Vn
Le formule sopra indicate mostrano che la coppia varia in funzione del quadrato
della tensione.
Il fenomeno non è significativo per macchine operatrici con coppia resistente
all’avviamento bassa (pompe centrifughe, ventilatori), ma può dare origine a gravi
ripercussioni in caso di azionamenti di macchine operatrici con coppia costante
(montacarichi e compressori alternativi) o con elevata coppia all’avviamento (mulini,
frantumatoi, avvolgicavo, bobinatrice).
Questa anomalia può ridurre notevolmente l’efficacia e la durata di vita del motore
e della macchina operatrice.
La tabella sottostante riassume gli effetti e le anomalie che si possono presentare
in caso di variazione della tensione di alimentazione dell’azionamento elettrico,
ed in funzione del tipo di macchina operatrice.
effetti e anomalie
variazione macchina operatrice
di tensione
U>Un
coppia parabolica
(macchine centrifughe)
coppia costante
U<Un
coppia parabolica
(macchine centrifughe)
coppia costante
effetti
ventilatore
riscaldamento inammissibile degli avvolgimenti
dovuto alle perdite in ferro
pompa
riscaldamento inammissibile degli avvolgimenti
dovuto alle perdite in ferro
pressione superiore nelle tubature
frantoio, impastatrice riscaldamento inammissibile degli avvolgimenti
meccanica,
potenza meccanica disponibile superiore
tapis roulant
ventilatore
tempo di avviamento aumentato
frantoio, impastatrice riscaldamento inammissibile degli avvolgimenti
meccanica,
blocco del rotore
tapis roulant
mancato avviamento del motore
anomalie possibili
invecchiamento precoce degli avvolgimenti
e perdita d’isolamento
invecchiamento precoce degli avvolgimenti
e perdita d’isolamento
sollecitazioni supplementari nelle tubature
invecchiamento precoce degli avvolgimenti
e perdita d’isolamento
sollecitazioni meccaniche supplementari
della macchina
rischio di intervento delle protezioni e perdita
d'isolamento
invecchiamento precoce degli avvolgimenti
e perdita d’isolamento
arresto della macchina
Caduta di tensione durante l’avviamento del motore
Affinché l’avviamento avvenga in modo regolare e con tempi contenuti è necessario
che la coppia di avviamento non sia inferiore a 1,7 volte la coppia resistente
della macchina operatrice.
La corrente di avviamento del motore varia in funzione del tipo di avviamento
adottato, come si evidenzia dalla tabella riassuntiva.
La caduta di tensione dipende anche dal fattore di potenza del motore durante
la fase di avviamento.
Tale fattore di potenza è definito dalla Norma CEI EN 60947-4-1 che ne indica
i valori limite in funzione della corrente nominale del motore:
cc In < 100A cosj = 0,45;
cc In > 100A cosj = 0,35.
Maggiore è la corrente di avviamento maggiore è la caduta di tensione a cui sono
assoggettati il motore ed eventuali utenze sensibili alla riduzione di tensione.
Esempio
Con alimentazione a piena tensione 400 V un motore, con avvolgimento rotorico
a doppia gabbia, fornisce una coppia di avviamento pari a 2,1 volte la coppia
resistente della macchina operatrice.
cc Per una caduta di tensione all’avviamento del 10% la coppia fornita diventa
2,1 x (1-0,1)2 = 1,7 volte la coppia resistente;
cc Per una caduta di tensione all’avviamento del 15% la coppia fornita diventa
2,1 x (1-0,15)2 = 1,5 volte la coppia resistente.
In questo caso il motore rischia di non avviarsi o di avere un avviamento troppo
lungo.
È buona regola limitare la caduta di tensione durante l’avviamento ad un valore
massimo del 10%.
407
Protezione motori
Protezione
degli apparecchi
utilizzatori
Avviamenti
tabella riassuntiva delle caratteristiche dei diversi tipi di avviamento
motori a gabbia
avviamento
avviamento
diretto
part winding
corrente
100%
di avviamento
50%
33%
70%
avviamento
mediante
autotrasformatore
40/65/80%
sovraccarico
in linea
coppia in %
di Cd
coppia iniziale
di avviamento
comando
vantaggi
da 4 a 8 In
da 2 a 4 In
da 1,3 a 2,6 In
4,5 In
da 1,7 a 4 In
100%
50%
33%
50%
40/65/80%
da 0,6 a 1,5 Cn
da 0,3 a 0,75 Cn
da 0,2 a 0,5 Cn
da 0,6 a 0,85 Cn
da 0,4 a 0,85 Cn
ON/OFF
1 scatto fisso
3 scatti fissi
cc avviatore
economico
cc buon rapporto
coppia/corrente
cc possibilità di
regolazione dei
valori all'avviamento
cc nessuna
interruzione
d'alimentazione
durante
l'avviamento
cc forte riduzione
dei picchi di corrente
transitori
cc bassa riduzione
del picco di
avviamento
cc richiede
resistenze
voluminose
cc buona rapporto
coppia/corrente
cc possibilità di
regolazione dei
valori all'avviamento
cc nessuna
interruzione
d'alimentazione
durante
l'avviamento
ON/OFF
ON/OFF
motore a gabbia economico e robusto
cc avviatore
cc semplice
semplice
cc coppia di
cc economico
avviamento più
cc coppia di
elevata che in
avviamento
stella-triangolo
elevata
cc nessuna
interruzione
d'alimentazione
durante
l'avviamento
inconvenienti cc picco di
corrente molto
elevato
cc avviamento
brusco
cc nessuna
possibilità di
regolazione
cc motore speciale
cc rete speciale
tempi
da 2 a 3 secondi
di avviamento
applicazioni
piccole
tipiche
macchine,
anche con
avviamento a
pieno carico
da 3 a 6 secondi
408
macchine con
avviamento a vuoto
o a basso carico
(compressori per
gruppo di
climatizzazione)
avviamento
stella-triagolo
avviamento
statorico
avviatore
progressivo
motori ad anelli
avviamento rotorico
regolabile da 25 a
75%
(potenziometro)
regolabile da 2 In
a 5 In
regolabile da 10
a 75%
regolabile da 0,1
a 0,7 Cn
progressivo
70%
cc regolabile alla
messa in servizio
cc poco
ingombrante
cc statico
cc adattabile a
qualsiasi ciclo
cc ottimo rapporto
coppia/corrente
cc possibilità di
regolazione dei
valori all'avviamento
cc nessuna
interruzione
d'alimentazione
durante
l'avviamento
< 2,5 In
< 2,5 Cn
da 1a 5 scatti
cc coppia di
avviamento bassa
cc nessuna
possibilità di
regolazione
cc interruzione di
alimentazione al
cambiamento di
accoppiamento e
fenomeni transitori
cc motore 6 morsetti
da 3 a 7 secondi
da 7 a 12 secondi
cc richiede un auto cc genera disturbi
trasformatore
costoso
cc presenta rischi su
reti disturbate
cc motore ad anelli
più costoso
cc richiede
resistenze
da 7 a 12 secondi
cc macchine con
avviamento a vuoto
cc ventilatori e
pompe centrifughe
di piccola potenza
macchine di forte
potenza o forte
inerzia, nel caso in
cui la riduzione del
picco di corrente sia
un criterio rilevante
cc 3 tempi 2,5 s
cc 4 e 5 tempi 5 s
macchine con
avviamento in
carico, avviamento
progressivo, ecc.
macchine a forte
inerzia senza
problemi particolari
di coppia e di
corrente
all'avviamento
regolabile da 1 a 60
secondi
pompe, ventilatori,
compressori,
convogliatori
Utilizzo delle tabelle di coordinamento
Condizioni d’utilizzo delle tabelle di coordinamento
interruttore automatico - contattore
I fenomeni subtransitori legati agli avviamenti diretti dei motori asincroni
Fenomeno subtransitorio alla messa in tensione di un motore a gabbia
di scoiattolo.
La messa in tensione di un motore a gabbia di scoiattolo in avviamento diretto
provoca una richiesta di corrente elevata. Questa corrente elevata al momento
dell’avviamento diretto è legata a due parametri:
cc il valore di autoinduttanza elevato del circuito in rame;
cc la magnetizzazione del circuito in ferro.
t [s]
protezione termica
td
(da 0,5
a 30 s)
protezione cortocircuito
(soglia magnetica
dell'interruttore automatico)
td"
(da 0,01
a 0,015 s)
In motore
Irm
Id" (da 2 a 2,5 Id come valore di picco)
Id (da 5,8 a 8,6 In come valore efficace)
In motore: corrente assorbita dal motore a pieno carico (in A r.m.s.)
Id: corrente assorbita dal motore durante la fase di avviamento (in A r.m.s.)
Id’’: corrente subtransitoria generata dal motore alla messa in tensione. Questo fenomeno
subtransitorio molto corto si esprime con la seguente formula: k x Id x r (in A di cresta).
td: tempi di avviamento del motore da 0,5 a 30 s a seconda del tipo di applicazione
(vedi classi di avviamento).
td’’: durata della corrente subtransitoria da 0,010 a 0,015 s alla messa in tensione del motore
Irm: regolazione magnetica degli interruttori automatici.
Valori limite tipici della correnti subtransitorie
Questi valori che non sono normalizzati dipendono sostanzialmente dalla tecnologia
dei motori che si trovano sul mercato:
cc motore classico Id’’ = da 2 Id a 2,1 Id (valore di picco);
cc motore ad alto rendimento Id’’ = da 2,2 Id a 2,5 Id (valore di picco);
cc variazione di Id’’ in funzione di Id:
tipo di motore
valore di Id
motore "classico" da 5,8 a 8,6
In motore
motore ad alto
da 5,8 a 8,6
rendimento
In motore
valore di Id’’
da Id’’ = 2 Id = 11,5 In (valore di picco) a Id’’ = 2,1 Id = 18 In
(valore di picco)
da Id’’ = 2,2 Id = 12,5 In (valore di picco) a Id’’ = 2,5 Id = 21,5
In (valore di picco)
Esempio: un motore ad alto rendimento che ha un valore di Id pari a 7,5 In potrà
produrre (in funzione delle sue caratteristiche elettriche) al momento della messa
in tensione una corrente subtransitoria pari a:
cc valore minimo = 16,5 In (di picco);
cc valore massimo = 18,8 In (di picco).
409
Protezione
degli apparecchi
utilizzatori
Protezione motori
Utilizzo delle tabelle di coordinamento
Correnti subtransitorie e regolazione delle protezioni
cc come si può constatare nella precedente tabella, i valori di corrente subtransitoria
possono essere molto elevati e possono, quando sono prossimi al limite massimo,
provocare l’apertura della protezione contro i cortocircuiti (intervento intempestivo);
cc gli interruttori automatici Schneider Electric sono regolati al fine di assicurare una
protezione contro i cortocircuiti adatta per gli avviamenti motore
(coordinamento di tipo 2 con il relé termico e il contattore);
cc le associazioni interruttori automatici, contattori e relé termici Schneider Electric
sono previste in versione standard per permettere l’avviamento del motore nel caso
in cui generi correnti subtransitorie di valore elevato (Id’’ fino a 19 In del motore);
cc quando si ha un intervento intempestivo della protezione contro i cortocircuiti
su un’associazione prodotti presente nelle tabelle di coordinamento, al momento
della messa in tensione di un motore, significa che:
vv i limiti di alcuni apparecchi possono essere stati raggiunti,
vv l’utilizzo nel quadro del coordinamento tipo 2 dell’avviatore su questo motore
rischia di portare ad un’usura prematura di uno (o più) dei componenti
dell’associazione.
Questo tipo di incidente deve condurre ad una nuova regolazione completa
dell’avviatore e della sua protezione.
Campo di utilizzo delle tabelle di associazione "interruttori automatici/
contattori" di Schneider Electric:
cc motore “classico”:
scelta diretta nelle tabelle di coordinamento per qualsiasi valore di correnti
di avviamento (Id da 5,8 a 8,6 In) e di correnti subtransitorie;
cc motore ad alto rendimento con Id ≤ 7,5 In:
scelta diretta nelle tabelle di coordinamento per qualsiasi valore di correnti
di avviamento e di correnti subtransitorie;
cc motore ad alto rendimento con Id > 7,5 In:
quando gli interruttori automatici Schneider Electric sono utilizzati per correnti motore
prossime al loro valore di corrente nominale, essi sono regolati per garantire una
tenuta minima della protezione contro i corto circuiti al valore di 19 In (valore di picco)
del motore.
In questo caso sono possibili due scelte:
vv la corrente subtransitoria di avviamento è conosciuta (fornita dal costruttore
del motore) ed è inferiore a 19 In (valore di picco) del motore.
Scelta diretta nelle tabelle di coordinamento per qualsiasi valore delle correnti
di avviamento (per Id > 7,5 In).
Esempio: per un motore di 110 kW 380/415 V (trifase), la scelta sarà:
NSX250 MA220 / LC1-F225 / LR9-F5371.
vv la corrente subtransitoria di avviamento è sconosciuta o > 19 In (valore di picco)
del motore.
Si rende necessario un “surclassamento” del 20 % per poter soddisfare le condizioni
migliori per l’avviamento e il coordinamento.
Esempio: per un motore di 110 kW 380/415 V (trifase), la scelta sarà:
NSX400 Micrologic 1.3M / LC1-F265 / LR9-F5371.
Le tabelle nelle pagine da 413 a 415 sono valide per tempi di avviamento motore
cosiddetti "normali". I relé termici associati sono di classe 10 (td ≤ 10 s).
Per i motori a tempi di avviamento lunghi, occorre sostituire i relé termici di classe 10
o 10 A con dei relé termici di classe 20 come indicato nella tabella di corrispondenza
nella pagina successiva (per i coordinamenti tipo 1 e tipo 2).
I coordinamenti validi a 440 V sono applicabili anche per 480 V NEMA.
Contattori
Nelle tabelle di coordinamento di tipo 2:
cc invertitori di marcia: sostituire LC1 con LC2
cc avviatore stella / triangolo: sostituire LC1 con LC3
cc avviamento lungo per cui occorre l'utilizzo della classe 30: si devono declassare
l’interruttore automatico e il contattore con un coefficiente K = 0,8.
Esempio:
cc NSX160N-MA 100 utilizzato ad un massimo di 80 A;
cc LC1F115 utilizzato ad un massimo di 92 A.
Queste tabelle possono anche essere utilizzate per una protezione termica classica
per trasformatori di corrente. I relé termici da utilizzare sono:
cc LRD-05 (da 0,63 a 1 A) per la classe 10;
cc LR2-D1505 (da 0,63 a 1 A) per la classe 20 con morsettiera LA7-D1064.
La potenza dei TC deve essere pari a 5 VA per fase, le altre caratteristiche sono
identiche a quelle descritte in alto.
Tabelle di coordinamento con relé di protezione multifunzione LT6-P
Esistono 3 tipi di relé multifunzione che possono essere collegati:
cc direttamente sulla linea d’alimentazione del motore,
oppure
cc al secondario del trasformatore di corrente.
410
relè
LT6-P0M005 FM
LT6-P0M025 FM
corrente
nominale
da 0,2 a 1 A
da 1 a 5 A
da 5 a 25 A
collegamento
diretto
sul trasformatore
di corrente
n
n
n
n
n
Le caratteristiche dei trasformatori di corrente sono di seguito
(in accordo alle norme CEI EN 60044-1 e CEI EN 60044-3).
5
P
10
Multiplo della corrente di saturazione
TC destinato alla protezione motore
Classe di precisione (5%)
tabella di corrispondenza tra relé termici Schneider Electric
di classe 10/10 A e classe 20 a parità di campo di regolazione
relé termici
classe 10/10 A
LRD-08
LRD-10
LRD-12
LRD-14
LRD-16
LRD-21
LRD-1322
LRD-2353
LRD-3322
LRD-3353
LRD-3355
LRD-3357
LRD-3359
LRD-3361
LRD-3363
LR9-F5357
LR9-F5363
LR9-F5367
LR9-F5369
LR9-F5371
LR9-F7375
LR9-F7379
LR9-F7381
LR9-F8383
LR9-F8385
classe 20
LR2-D1508
LR2-D1510
LR2-D1512
LR2-D1514
LR2-D1516
LR2-D1521
LR2-D1522
LR2-D2553
LR2-D3522
LR2-D3553
LR2-D3555
LR2-D3557
LR2-D3559
LR2-D3561
LR2-D3563
LR9-F5557
LR9-F5563
LR9-F5567
LR9-F5569
LR9-F5571
LR9-F7575
LR9-F7579
LR9-F7581
LR9-F7583
LR9-F7585
campo di regolazione [A]
da 2,5 a 4
da 4 a 6
da 5,5 a 8
da 7 a 10
da 9 a 13
da 12 a 18
da 17 a 25
da 23 a 32
da 17 a 25
da 23 a 32
da 30 a 40
da 37 a 50
da 48 a 65
da 55 a 70
da 63 a 80
da 30 a 50
da 48 a 80
da 60 a 100
da 90 a 150
da 132 a 220
da 200 a 300
da 300 a 500
da 380 a 630
da 500 a 800
da 630 a 1000
411
Protezione
degli apparecchi
utilizzatori
Protezione motori
Avviamento stella/triangolo
Coordinamento in avviamento stella-triangolo
Dimensionamento dei componenti in funzione della corrente che circola
negli avvolgimenti del motore.
Spazi di montaggio e collegamenti dei differenti apparecchi degli avviatori
stella-triangolo in funzione del tipo di coordinamento e delle soluzioni delle protezioni
installate.
Coordinamento tipo 1
I contattori KM2 e KM3 sono dimensionati in funzione della corrente di linea
e KM1 può essere dimensionato in funzione della corrente di linea divisa per 3 ma,
per ragioni d’omogeneità, è bene che sia identico a KM2 e KM3.
Soluzione con l’interruttore magnetotermico
Soluzione con l’interruttore magnetico
Coordinamento di tipo 2
I contattori KM1, KM2 e KM3 sono dimensionati un funzione della corrente di linea.
La scelta può essere fatta utilizzando le tabelle di coordinamento tipo 2 per
avviamento diretto nelle pagine da 413 a 415.
Soluzione con l’interruttore magnetotermico
412
Soluzione con l’interruttore magnetico
Tabelle di coordinamento
Interruttore solo magnetico (MA)
contattore
prestazioni a 380/415V (1)
interruttori
C60L-MA
NG125L-MA
NS80H-MA
25 kA
50 kA
70 kA
relé termico
tabella di coordinamento con C60L-MA, NS80H-MA, NG125L-MA
Norma CEI EN 60947-4-1, tensione nominale d'impiego Ue = 380/415 V - 50 Hz, avviamento: diretto normale (2), coordinamento: tipo 2
relè termico
motore
interruttore automatico
contattore (3)
Pn [kW]
Inm [a]
tipo
In[A]
Irm[A]
Tipo
tipo
reg. min/max
0,06
0,3
C60L-MA
1,6
20
LC1-D09
LRD-03
0,25/0,4
NG125L-MA
1,6
20
LC1-D09
LRD-03
0,25/0,4
NS80H-MA
1,5
9
LC1-D09
LRD-03
0,25/0,4
0,09
0,4
C60L-MA
1,6
20
LC1-D09
LRD-03
0,25/0,4
NG125L-MA
1,6
20
LC1-D09
LRD-03
0,25/0,4
NS80H-MA
1,5
9
LC1-D09
LRD-03
0,25/0,4
0,12
0,45
C60L-MA
1,6
20
LC1-D09
LRD-04
0,4/0,63
NG125L-MA
1,6
20
LC1-D09
LRD-04
0,4/0,63
NS80H-MA
1,5
9
LC1-D09
LRD-04
0,4/0,63
0,185
0,7
C60L-MA
1,6
20
LC1-D09
LRD-05
0,63/1
NG125L-MA
1,6
20
LC1-D09
LRD-05
0,63/1
NS80H-MA
1,5
13,5
LC1-D09
LRD-05
0,63/1
0,25
0,9
C60L-MA
1,6
20
LC1-D09
LRD-05
0,63/1
NG125L-MA
1,6
20
LC1-D09
LRD-05
0,63/1
NS80H-MA
1,5
13,5
LC1-D09
LRD-05
0,63/1
0,37
1,2
C60L-MA
1,6
20
LC1-D09
LRD-06
1/1,6
NG125L-MA
1,6
20
LC1-D09
LRD-06
1/1,6
NS80H-MA
2,5
22,5
LC1-D09
LRD-06
1/1,6
0,55
1,6
C60L-MA
2,5
30
LC1-D09
LRD-07
1,6/2,5
NG125L-MA
2,5
30
LC1-D09
LRD-07
1,6/2,5
NS80H-MA
2,5
32,5
LC1-D09
LRD-07
1,6/2,5
0,75
2
C60L-MA
2,5
30
LC1-D09
LRD-07
1,6/2,5
NG125L-MA
2,5
30
LC1-D09
LRD-07
1,6/2,5
NS80H-MA
2,5
32,5
LC1-D09
LRD-07
1,6/2,5
1,1
2,8
C60L-MA
4
50
LC1-D18
LRD-08
2,5/4
NG125L-MA
4
50
LC1-D25
LRD-08
2,5/4
NS80H-MA
6,3
57
LC1-D32
LRD-08
2,5/4
1,5
3,7
C60L-MA
4
50
LC1-D18
LRD-08
2,5/4
NG125L-MA
4
50
LC1-D25
LRD-08
2,5/4
NS80H-MA
6,3
57
LC1-D32
LRD-08
2,5/4
2,2
5,3
C60L-MA
6,3
75
LC1-D25
LRD-10
4/6
NG125L-MA
6,3
75
LC1-D25
LRD-10
4/6
NS80H-MA
6,3
82
LC1-D32
LRD-10
4/6
3
7
C60L-MA
10
120
LC1-D25
LRD-12
5,5/8
NG125L-MA
10
120
LC1-D25
LRD-12
5,5/8
NS80H-MA
12,5
113
LC1-D40
LRD-12
5,5/8
4
9
C60L-MA
10
120
LC1-D25
LRD-14
7/10
NG125L-MA
10
120
LC1-D25
LRD-14
7/10
NS80H-MA
12,5
138
LC1-D40
LRD-14
7/10
5,5
12
C60L-MA
12,5
150
LC1-D25
LRD-16
9/13
NG125L-MA
12,5
150
LC1-D25
LRD-16
9/13
NS80H-MA
12,5
163
LC1-D40
LRD-16
9/13
7,5
16
C60L-MA
16
190
LC1-D25
LRD-21
12/18
NG125L-MA
16
190
LC1-D25
LRD-21
12/18
NS80H-MA
25
250
LC1-D40
LRD-21
12/18
10
21
C60L-MA
25
300
LC1-D32
LRD-33 22
17/25
NG125L-MA
25
300
LC1-D25
LRD-33 22
17/25
NS80H-MA
25
325
LC1-D40
LRD-33 22
17/25
11
23
C60L-MA
25
300
LC1-D32
LRD-33 22
17/25
NG125L-MA
25
300
LC1-D25
LRD-33 22
17/25
NS80H-MA
25
325
LC1-D40
LRD-33 22
17/25
15
30
C60L-MA
40
480
LC1-D40
LRD-33 53
23/32
NG125L-MA
40
480
LC1-D40
LRD-33 53
23/32
NS80H-MA
50
450
LC1-D40
LRD-33 53
23/32
18,5
37
C60L-MA
40
480
LC1-D40
LRD-33 55
30/40
NG125L-MA
40
480
LC1-D40
LRD-33 55
30/40
NS80H-MA
50
550
LC1-D50
LRD-33 55
30/40
63
750
LC1-D50
LRD-33 57
37/50
22
44
NG125L-MA
NS80H-MA
50
650
LC1-D50
LRD-33 57
37/50
30
60
NG125L-MA
63
750
LC1-D65
LRD-33 59
48/65
NS80H-MA
80
880
LC1-D65
LRD-33 59
48/65
37
72
NS80H-MA
80
1040
LC1-D80
LRD-33 63
63/80
(1) I valori in kA esprimono il valore massimo di corrente di corto circuito per cui è possibile utilizzare lo specifico coordinamento, in funzione dell'interruttore scelto.
(2) Per avviamenti pesanti (classe 20), sostituire il relè termico utilizzando la tabella "Corrispondenza dei relé classe 10/10 A e classe 20".
(3) Inversione di marcia: sostituire LC1 con LC2; avviamento stella-triangolo: sostituire LC1 con LC3.
413
Protezione
degli apparecchi
utilizzatori
Interruttore solo magnetico (MA)
contattore
Protezione motori
Tabelle di coordinamento
prestazioni a 380/415V (1)
interruttori
NSX100/160/250-MA
NSX400/630 Micrologic 1.3M
NS800/1000 Micrologic 5.0
B
25 kA
25 kA
-
F
36 kA
36 kA
-
N
50 kA
50 kA
-
H
70 kA
70 kA
-
S
100 kA
100 kA
-
L
130 kA
130 kA
130 kA
relé termico
tabella di coordinamento con Compact NSX MA, Micrologic 1.3M e Compact NS Micrologic 5.0
Norma CEI EN 60947-4-1, tensione nominale d'impiego Ue = 380/415 V - 50 Hz, avviamento: diretto normale (2), coordinamento: tipo 2
relè termico
motore
interruttore automatico
contattore (3)
Tipo
tipo
reg. min/max
Pn [kW] Inm [a]
tipo
In [A]
Irm [A] (4)
NSX100-MA
2,5
22,5
LC1-D09
LRD-06
1/1,6
0,37
1,2
NSX100-MA
2,5
32,5
LC1-D09
LRD-07
1,6/2,5
0,55
1,6
NSX100-MA
2,5
32,5
LC1-D09
LRD-07
1,6/2,5
0,75
2
NSX100-MA
6,3
57
LC1-D32
LRD-08
2,5/4
1,1
2,8
NSX100-MA
6,3
57
LC1-D32
LRD-08
2,5/4
1,5
3,7
NSX100-MA
6,3
82
LC1-D32
LRD-10
4/6
2,2
5,3
NSX100-MA
12,5
113
LC1-D40
LRD-12
5,5/8
3
7
NSX100-MA
12,5
138
LC1-D40
LRD-14
7 /10
4
9
NSX100-MA
12,5
163
LC1-D40
LRD-16
9/13
5,5
12
NSX100-MA (5)
25
250
LC1-D40
LRD-21
12/18
7,5
16
25
325
LC1-D40
LRD-33 22
17/25
NSX100-MA (5)
10
21
NSX100-MA (5)
25
325
LC1-D40
LRD-33 22
17/25
11
23
50
450
LC1-D80
LRD-33 53
23/32
NSX100-MA (5)
15
30
NSX100-MA (5)
50
550
LC1-D80
LRD-33 55
30/40
18,5
37
50
650
LC1-D80
LRD-33 57
37/50
NSX100-MA (5)
22
44
100
900
LC1-D80
LRD-33 59
48/65
NSX100-MA (5)
30
60
100
1100
LC1-D80
LRD-33 63
63/80
NSX100-MA (5)
37
72
100
1300
LC1-D115
LR9-D53 67
60/100
NSX100-MA (5)
45
85
LC1-F115
LR9-F53 67
60/100
NSX160-MA
150
1500
LC1-D115
LR9-D53 69
90/150
55
105
LC1-F115
LR9-F53 69
90/150
NSX160-MA
150
1950
LC1-D150
LR9-D53 69
90/150
75
140
LC1-F150
LR9-F53 69
90/150
NSX250-MA
220
2420
LC1-F185
LR9-F53 71
132/220
90
170
NSX250-MA
220
2860
LC1-F225
LR9-F53 71
132/220
110
210
NSX400 Micrologic 1.3M
320
2880
LC1-F265
LR9-F53 71
132/220
NSX400 Micrologic 1.3M
320
3500
LC1-F265
LR9-F73 75
200/330
132
250
NSX400 Micrologic 1.3M
320
4160
LC1-F330
LR9-F73 75
200/330
160
300
NSX630 Micrologic 1.3M
500
5700
LC1-F400
LR9-F73 79
300/500
200
380
NSX630 Micrologic 1.3M
500
6500
LC1-F500
LR9-F73 79
300/500
220
420
NSX630 Micrologic 1.3M
500
6500
LC1-F500
LR9-F73 79
300/500
250
460
NS800L Micrologic 5.0 - LR off
800
8000
LC1-F630
LR9-F73 81
380/630
NS800L Micrologic 5.0 - LR off
800
8000
LC1-F630
LR9-F73 81
380/630
300
565
NS800L Micrologic 5.0 - LR off
800
8000
LC1-F630
LR9-F73 81
380/630
335
620
NS800L Micrologic 5.0 - LR off
800
9600
LC1-F780
TC800/5 + LRD-10 630/1000
375
670
NS800L Micrologic 5.0 - LR off
800
9600
LC1-F780
TC800/5 + LRD-10 630/1000
400
710
NS1000L Micrologic 5.0 - LR off
1000
10000
LC1-F780
TC800/5 + LRD-10 630/1000
450
800
(1) I valori in kA esprimono il valore massimo di corrente di corto circuito per cui è possibile utilizzare lo specifico coordinamento, in funzione dei livelli del potere
di interruzione di Compact NSX e NS.
(2) Per avviamenti pesanti (classe 20), sostituire il relè termico utilizzando la tabella "Corrispondenza dei relé classe 10/10 A e classe 20".
(3) Inversione di marcia: sostituire LC1 con LC2; avviamento stella-triangolo: sostituire LC1 con LC3.
(4) Valore di "Ii" per Micrologic 5.0.
(5) Il coordinamento è garantito anche utilizzando il blocco interruzione NSX160 (es: NSX160-MA25).
414
Interruttore con sganciatore
elettronico
prestazioni a 380/415V (1)
Interruttori
NSX100/160/250 Micrologic 2.2M/6.2M
NSX400/630 Micrologic 2.3M/6.3M
NS800/1000 Micrologic 5.0
B
25 kA
25 kA
-
F
36 kA
36 kA
-
N
50 kA
50 kA
-
H
70 kA
70 kA
-
S
100 kA
100 kA
-
L
130 kA
130 kA
130 kA
contattore
tabella di coordinamento con Compact NSX, Micrologic 2.2M, 6.2M e 2.3M, 6.3M
e Compact NS Micrologic 5.0
Norma CEI EN 60947-4-1, Tensione nominale d'impiego Ue = 380/415 V - 50 Hz, Avviamento: diretto normale, Coordinamento: tipo 2
motore
interruttore automatico
contattore (2)
Pn [kW] Inm [a]
tipo
sganciatore
Ith [A]
Irm [A] (3)
tipo
NSX100
Micrologic 2.2M o 6.2M
12/25
13 Ith
LC1-D80
7,5
16
NSX100
Micrologic 2.2M o 6.2M
12/25
10
21
13 Ith
LC1-D80
NSX100
Micrologic 2.2M o 6.2M
12/25
11
23
13 Ith
LC1-D80
NSX100
Micrologic 2.2M o 6.2M
25/50
13 Ith
LC1-D80
15
30
NSX100
Micrologic 2.2M o 6.2M
25/50
13 Ith
LC1-D80
18,5
37
NSX100
Micrologic 2.2M o 6.2M
25/50
13 Ith
LC1-D80
22
44
NSX100
Micrologic 2.2M o 6.2M
50/100
13 Ith
LC1-D80
30
60
NSX100
Micrologic 2.2M o 6.2M
50/100
13 Ith
LC1-D80
37
72
NSX100
Micrologic 2.2M o 6.2M
50/100
13 Ith
LC1-D115 o LC1-F115
45
85
NSX160
Micrologic 2.2M o 6.2M
70/150
13 Ith
LC1-D115 o LC1-F115
55
105
NSX160
Micrologic 2.2M o 6.2M
70/150
13 Ith
LC1-D150 o LC1-F150
75
140
NSX250
Micrologic 2.2M o 6.2M
100/220
13 Ith
LC1-F185
90
170
NSX400
Micrologic 2.3M o 6.3M
160/320
13 Ith
LC1-F225
NSX250
Micrologic 2.2M o 6.2M
100/220
13 Ith
LC1-F225
110
210
NSX400
Micrologic 2.3M o 6.3M
160/320
13 Ith
LC1-F225
NSX400
Micrologic 2.3M o 6.3M
160/320
13 Ith
LC1-F265
132
250
NSX400
Micrologic 2.3M o 6.3M
160/320
13 Ith
LC1-F330
160
300
13 Ith
LC1-F400
200
380
NSX630
Micrologic 2.3M o 6.3M
250/500
13 Ith
LC1-F500
220
420
NSX630
Micrologic 2.3M o 6.3M
250/500
13 Ith
LC1-F500
250
460
NSX630
Micrologic 2.3M o 6.3M
250/500
8000
LC1-F630
NS800L
Micrologic 5.0
320/800
8000
LC1-F630
300
565
NS800L
Micrologic 5.0
320/800
8000
LC1-F630
335
620
NS800L
Micrologic 5.0
320/800
NS800L
Micrologic 5.0
9600
LC1-F780
375
670
320/800
NS800L
Micrologic 5.0
320/800
9600
LC1-F780
400
710
NS1000L
Micrologic 5.0
400/1000
10000
LC1-F780
450
800
(1) I valori in kA esprimono il valore massimo di corrente di corto circuito per cui è possibile utilizzare lo specifico coordinamento, in funzione dei livelli del potere
di interruzione di Compact NSX e NS.
(2) Inversione di marcia: sostituire LC1 con LC2; avviamento stella-triangolo: sostituire LC1 con LC3.
(3) Valore di "Ii" per Micrologic 5.0.
415
Protezione dei circuiti alimentati
da un generatore
Protezione
degli apparecchi
utilizzatori
rete normale
Generalità
rete soccorso
MT
BT
GE
Protezione dei circuiti prioritari alimentati
da un generatore di soccorso
In un numero sempre maggiore di impianti sono previsti utilizzatori che devono
essere alimentati anche in caso di interruzione della rete di distribuzione pubblica:
cc circuiti di sicurezza: illuminazione di sicurezza, sistema antincendio, sistema
di allarme e segnalazione;
sistema
automatico
cc circuiti prioritari: alimentano quelle apparecchiature il cui arresto prolungato
di commutaz.
causerebbe perdita di produttività, danni alla catena produttiva o situazioni
pericolose per gli operatori.
Un sistema correntemente utilizzato per rispondere a questo bisogno consiste
nell’installare un gruppo motore termico-generatore collegato all’impianto per mezzo
circuiti prioritari
di un sistema di commutazione automatica che alimenta, in caso di emergenza,
i circuiti di sicurezza ed i circuiti prioritari ed impedisce il funzionamento in parallelo
con la rete pubblica.
circuiti non
prioritari
L’alternatore in cortocircuito
Al verificarsi di un cortocircuito ai morsetti di un alternatore, l’andamento della
corrente presenta un picco iniziale dell’ordine di 5÷10 volte la corrente nominale
del generatore (periodo subtransitorio che va da 10 a 20 ms), poi decresce
(periodo transitorio tra 100 e 300 ms), per stabilizzarsi ad un valore che, secondo
il tipo di eccitazione dell’alternatore, può variare da 0,3 a 3 volte la corrente nominale
dell’alternatore.
Scelta dell’interruttore di macchina
L’interruttore di alimentazione va scelto in funzione della corrente di cortocircuito
trifase ai morsetti del generatore, pari a:
Ic 3F = In"
xd
dove:
In è la corrente nominale del generatore;
x"d è la reattanza subtransitoria in valore percentuale, variabile tra il 10÷20%.
Nel caso in cui l’interruttore di macchina non sia dotato di protezione specifica
(vedere figura in basso a destra) è possibile utilizzare uno sganciatore a bassa
soglia magnetica in grado di intervenire in presenza delle correnti di cortocircuito
che, in genere, non sono di valore molto elevato.
Scelta degli interruttori di partenza
Il potere d’interruzione viene scelto in conformità alle caratteristiche della rete
di alimentazione normale (trasformatore MT/BT). Per quanto riguarda
lo sganciatore, la scelta cade su sganciatori a bassa soglia magnetica.
L’impiego di questi sganciatori è indispensabile ogni qualvolta la corrente nominale
dell’interruttore supera 1/3 della corrente nominale del gruppo.
A livellodi distribuzione secondaria e terminale la verifica delle regolazioni
è di minore importanza in quanto gli interruttori hanno correnti nominali piccole
rispetto alla corrente nominale del gruppo di generazione. La protezione
delle persone contro i contatti indiretti nei sistemi TN e IT, deve essere garantita
sia in presenza della rete normale che in presenza della rete di soccorso. Nei sistemi
TN e IT, qualora lo sganciatore prescelto abbia una soglia di intervento troppo
elevata per garantire la protezione delle persone, è necessaria l’installazione
di un relé differenziale.
Nei sistemi TT è sempre necessario utilizzare un dispositivo differenziale.
Protezione classica di un alternatore
Andamento della corrente di cortocircuito ai morsetti di un alternatore
tempo [s]
Ieff
1000
regime
subtransitorio
regime
transitorio
alterazione con
eccitazione composta
e sovraeccitazione
100
3In
12
10
7
3
2
1
In
alterazione con
eccitazione derivata
0,3In
1.11.2 1.5
416
2
3
4
5
I/In
istante
del guasto
da 10 a 20 ms
da 0,1 a 0,3 ms
t
Scelta delle protezioni
Sganciatori a bassa soglia magnetica
cc curva B per interruttori Multi 9;
cc tipo G per interruttori Compact con correnti d'impiego fino a 63 A;
cc Micrologic 2.2G o 5.2A e 5.2E o 6.2A e 6.2E per interruttori Compact fino a 250 A;
cc Micrologic 5.3A e 5.3E o 6.3A e 6.3E per interruttori Compact da 400 a 630 A;
cc Micrologic 2.0, 5.0, 6.0 e 7.0 per interruttori Compact NS da 630b a 3200 A
e Masterpact NT ed NW.
protezione dei circuiti prioritari
livello di
distribuzione
generatore
circuiti
di distribuzione
circuiti secondari
e terminali
protezione circuiti
Icu
≥ Icc 3F MAX
alimentazione dalla
rete di soccorso
≥ Icc 3F MAX
alimentazione dalla
rete normale
≥ Icc 3F MAX
alimentazione dalla
rete normale
protezione persone
Im (1)
≤ Icc FN/FF fondo linea
alimentazione dalla
rete di soccorso
≤ Icc FN/FF fondo linea
alimentazione dalla
rete di soccorso
≤ Icc FN/FF fondo linea
alimentazione dalla
rete di soccorso
Im o I∆n
≤ Id
alimentazione dalla
rete di soccorso
≤ Id
alimentazione dalla
rete di soccorso
≤ Id
alimentazione dalla
rete di soccorso
(1) Se la protezione termica è sovradimensionata o mancante, si deve verificare che un
cortocircuito a fondo linea (FF o FN) faccia intervenire la protezione magnetica dell’interruttore.
La tabella permette di determinare il tipo di interruttori e lo sganciatore in funzione
della potenza del generatore e della sua reattanza caratteristica.
tabella di scelta per protezione di generatori trifasi
potenza nominale massima [kVA]
230 V
400 V
6
10
7,5
13
9 ÷ 9,5
15 ÷16
11,5 ÷ 12
20 ÷ 21
14 ÷ 15,5
24 ÷ 27
17,5 ÷ 19
30 ÷ 33
20,5 ÷ 24
35 ÷ 42
28,5 ÷ 30,5
50 ÷ 53
35 ÷ 38
60 ÷ 66
potenza nominale massima [kVA]
230 V
400 V
26÷38
45÷66
41÷60
70÷105
65÷95
112÷165
61 ÷ 150
106 ÷ 260
151 ÷ 240
261 ÷ 415
241 ÷ 305
306 ÷ 380
381 ÷ 480
481 ÷ 610
611 ÷ 760
761 ÷ 950
951 ÷ 1220
416 ÷ 520
521 ÷ 650
651 ÷ 820
821 ÷ 1050
1051 ÷ 1300
1301 ÷ 1650
1651 ÷ 2100
415 V
11
14
16,5 ÷ 17,5
22 ÷ 23
26,5 ÷ 29
33 ÷ 36
38,5 ÷ 45
55 ÷ 58
66 ÷ 72
440 V
12
15
17,5 ÷ 20
23,5 ÷ 24
28 ÷ 31
35 ÷ 38
40,5 ÷ 48
58 ÷ 61
70 ÷ 77
415 V
50÷72
77÷115
123÷180
116 ÷ 285
286 ÷ 450
440 V
52÷77
81÷122
130÷191
121 ÷ 300
301 ÷ 480
451 ÷ 575
576 ÷ 710
711 ÷ 900
901 ÷ 1150
1151 ÷ 1400
1401 ÷ 1800
1801 ÷ 2300
481 ÷ 610
611 ÷ 760
761 ÷ 960
961 ÷ 1220
1221 ÷ 1520
1521 ÷ 1900
1901 ÷ 2400
protezione con sganciatore magnetotermico
gamma Compact NSX TMG (1)
gamma Multi 9 curva B (1)
C60a
16 A
NSX160E TM16G (2)
C60a
20 A
NSX160E TM25G (2)
C60a
25 A
NSX160E TM25G (2)
C60a
32 A
NSX160E TM40G
C60a
40 A
NSX160E TM40G
C60a
50 A
NSX160E TM63G
C60N
63 A
NSX160E TM63G
C120N
80 A
C120N
100 A
protezione con sganciatore elettronico
gamma Compact
gamma Masterpact
NSX160E Micrologic 2.2G 100 A
NSX160E Micrologic 2.2G 160 A
NSX250B Micrologic 2.2G 250 A
NSX400F Micrologic 5.3A
NT08 H1/NW08 NI/H1
NSX630F Micrologic 5.3A
Micrologic 5.0
NS630bN Micrologic 5.0
NS800N Micrologic 5.0
NS1000N Micrologic 5.0
NT10H1/NW10NI/H1 (3)
NS1250N Micrologic 5.0
NT12H1/NW12NI/H1 (3)
NS1600N Micrologic 5.0
NT16H1/NW16NI/H1 (3)
NS2000N Micrologic 5.0
NW20H1 (3)
NS2500N Micrologic 5.0
NW25H1 (3)
NS3200N Micrologic 5.0
NW32H1 (3)
(1) Protezione valida per generatori con reattanza transitoria ≤ 30%.
(2) Protezione valida per generatori con reattanza transitoria ≤ 25%.
(3) Si consiglia l’utilizzo dell’unità di controllo Micrologic 5.0.
potenza
230 V mono
del gruppo 230 V tri
[kVA]
400 V tri
corrente nominale [A]
interruttore
1
2
3
5
C60N
curva B
8
14
25
38
C60N
curva B
NSX160E
TM40G
blocco Vigi [mA]
30
30
20
40
65
99
C120N
curva B
NSX160E
Micrologic
2.2G 100 A
30
Piccoli gruppi portatili
Utilizzati in prevalenza da personale non qualificato. Se il gruppo e le condutture
non sono di classe II, la norma impone utilizzo di un dispositivo differenziale
a corrente residua (DDR) di soglia non superiore a 30 mA.
La tabella a fianco permette di scegliere il tipo di protezione in funzione della potenza
del gruppo.
Gruppi mobili
I gruppi mobili si utilizzano per alimentare gli impianti provvisoriamente,
ad esempio in funzione di lavori (in cantiere) è raccomandabile proteggere
questi impianti contro i pericoli dell’elettricità utilizzando un dispositivo differenziale
con soglia non superiore a 500 mA di tipo selettivo.
Questo consente di avere intervento selettivo tra la protezione del generatore
e quelle dei circuiti prese per i quali è richiesto un DDR da 30 mA.
417
Protezione
degli apparecchi
utilizzatori
Protezione dei trasformatori BT/BT
Corrente d’inserzione del trasformatore
Introduzione
Generalità
Questi trasformatori sono frequentemente utilizzati per:
cc un cambiamento di tensione per:
vv circuiti ausiliari di comando e controllo;
vv circuiti di illuminazione a 230 V quando il neutro non è distribuito;
vv riduzione del livello di cortocircuito sui quadri di alimentazione dei circuiti
di illuminazione;
cc cambiamento del sistema di neutro in presenza di utilizzatori con correnti
di dispersione elevate o livello di isolamento basso (informatica, forni elettrici, ecc).
I trasformatori BT/BT sono generalmente forniti con sistemi di protezione incorporati
e i costruttori devono essere consultati per i dettagli.
Una protezione di sovracorrente deve essere in ogni caso prevista sul lato primario.
L’esercizio di questi trasformatori richiede la conoscenza della loro particolare
funzione, insieme ad un numero di altri punti di seguito descritti.
Nota: Nel caso particolare dei trasformatori di isolamento di sicurezza BT/BT (BTS), è quasi
sempre richiesto uno schermo metallico messo a terra tra il primario e il secondario,
a seconda delle circostanze come raccomandato nella norma europea CEI EN 60742.
Corrente di inserzione
Alla messa in tensione dei trasformatori BT/BT, si manifestano correnti molto forti
di cui occorre tenere conto al momento della scelta del dispositivo di protezione.
L’ampiezza dipende:
cc dall'istante in cui si chiude l'interruttore di alimentazione;
cc dall'induzione residua presente nel circuito magnetico;
cc dalle caratteristiche del carico alimentato dal trasformatore.
Il valore di cresta della prima onda di corrente raggiunge di frequente un valore
da 10 a 15 volte la corrente efficace nominale del trasformatore.
Per potenze inferiori a 50 kVA, questo valore può raggiungere valori da 20 a 25 volte
la corrente nominale.
Questa corrente transitoria si smorza molto rapidamente con una costante
di tempo q che può arrivare ad alcune decine di millisecondi.
Nota: per trasformatori con:
cc rapporto di trasformazione unitario;
cc potenza inferiore a 5 kVA.
In caso di sgancio intempestivo della protezione a monte, prima di passare ad un interruttore
di calibro superiore, invertire i morsetti di ingresso con quelli di uscita (la corrente di inserzione
varia sensibilmente se il primario è avvolto internamente o esternamente rispetto al secondario).
Scelta della protezione
Protezione principale lato primario
Le tabelle riportate nelle pagine successive sono il risultato di una serie di prove
di coordinamento tra interruttori di protezione e trasformatori BT/BT.
I trasformatori utilizzati nelle prove sono normalizzati.
Le loro principali caratteristiche sono raccolte nelle tabelle delle due pagine
seguenti. Le stesse tabelle, riferite ad una tensione di alimentazione primaria di 230
o 400 V, ed a trasformatori monofase e trifase, indicano l’interruttore da utilizzare
in funzione della potenza del trasformatore.
I trasformatori presi in considerazione hanno l’avvolgimento primario esterno
rispetto a quello secondario. (In caso contrario consultateci).
Gli interruttori proposti permettono di:
cc proteggere il trasformatore in caso di cortocircuito massimo;
cc evitare gli sganci intempestivi al momento della messa in tensione
dell'avvolgimento primario utilizzando:
vv interruttori modulari con soglia magnetica elevata: curva D o K,
vv interruttori scatolati selettivi con la soglia magnetica elevata: sganciatore TM-D
o sganciatore elettronico Micrologic,
vv interruttori con sganciatore solo magnetico, curva MA, qualora la corrente
di inserzione sia molto elevata;
cc garantire la durata elettrica dell'interruttore.
Altre protezioni
A causa della elevata corrente di inserzione del trasformatore, l’interruttore posto
sul primario può non garantire la protezione termica del trasformatore e della sua
conduttura di alimentazione lato primario.
È tipicamente il caso degli interruttori modulari che devono avere una corrente
nominale più elevata di quella dei trasformatori.
In questi casi si deve verificare che, in caso di cortocircuito monofase ai morsetti
primari del trasformatore (Icc minima a fondo linea), si abbia l’intervento del
magnetico dell’interruttore. Nelle normali applicazioni nei quadri questa condizione
è sempre verificata stante la ridotta lunghezza delle condutture di alimentazione.
La protezione termica del trasformatore si può realizzare installando
418
NSX250
Sganciatore elettronico
Micrologic 2.2
3 x 70 mm2
400/230 V
125 kVA
immediatamente a valle del trasformatore BT/BT un interruttore automatico avente
corrente nominale minore o uguale a quella del secondario del trasformatore.
Negli impianti di illuminazione la protezione contro i sovraccarichi non è necessaria
se il numero di punti luce è ben definito (assenza di sovraccarichi).
Si ricorda che la norma raccomanda l’omissione della protezione contro
i sovraccarichi per circuiti la cui apertura intempestiva potrebbe essere causa
di pericolo, come ad esempio circuiti che alimentano dispositivi di estinzione
dell’incendio.
Esempio
Un circuito a 400 V trifase alimenta un trasformatore 400/230 V di potenza nominale
125kVA (I1n = 180 A) per il quale il primo picco della corrente di inserzione
può raggiungere un valore pari a circa 12 In, ad esempio: 12 x 180 = 2160 A.
Questa corrente di picco corrisponde ad un valore efficace di 1530 A
(ovvero 2160/2).
Un interruttore automatico tipo Compact NSX250 con una regolazione di corrente
termica Ir = 200A e di corrente magnetica Im = 8 x Ir sarebbe un dispositivo
di protezione adatto allo scopo.
Un caso particolare: la protezione contro il sovraccarico installato sul lato
secondario del trasformatore
Un vantaggio della protezione da sovraccarico situata sul lato secondario
è che la protezione contro il cortocircuito sul primario potrà essere regolata
ad un valore elevato o, in alternativa, potrà essere utilizzato un interruttore tipo MA
(solo magnetico). La regolazione della protezione di cortocircuito al primario deve,
in ogni caso, essere sufficientemente sensibile per assicurare il suo intervento
nel caso di cortocircuito che avvenga sul lato secondario del trasformatore.
Nota: al primario la protezione è sovente assicurata da fusibili, tipo aM.
Questo criterio presenta due svantaggi:
cc i fusibili devono essere sovradimensionati (almeno 4 volte la corrente nominale a pieno carico
del trasformatore);
cc al fine di assicurare le funzioni di sezionamento sul primario, un interruttore di manovra
o un contattore deve essere comunque associato ai fusibili.
Nella pratica, scelte possibili:
Esistono diverse scelte possibili per proteggere il circuito primario dei trasformatori
e degli autotrasformatori BT/BT:
cc sia attraverso sganciatori magnetotermici;
cc sia attraverso sganciatori elettronici .
Gli sganciatori elettronici possiedono una dinamica di regolazione termica molto
estesa che permette una scelta più ampia di trasformatori da proteggere
(esempio: potenza di trasformatori non normalizzata, tensione di funzionamento non
"standard" sovradimensionamento dell’interruttore per futuri ampliamenti
dell’impianto, ...).
Gli interruttori automatici proposti nelle tabelle tengono conto delle correnti
di inserzione al momento della messa in tensione del trasformatore
(Iins ≤ 25 In come valore di picco).
Metodo di scelta degli interruttori automatici e delle loro protezioni:
cc calcolare la corrente nominale al primario del trasformatore:
vv In = P kVA/ 3 Un per trasformatori trifase,
vv In = P kVA/Un per trasformatori monofase,
cc fare la scelta dell’interruttore automatico e della protezione magnetotermica TMD
o elettronica Micrologic in funzione delle esigenze di regolazione Ir e di potere
di interruzione necessario nel punto di installazione.
419
Protezione
degli apparecchi
utilizzatori
Protezione dei trasformatori BT/BT
Trasformatori monofase
trasformatore monofase (tensione primaria 230 V)
trasformatore
Pn [kVA]
0,1
0,16
0,25
0,4
0,63
1
1,6
2
2,5
4
5
6,3
8
10
12,5
16
20
25
31,5
40
50
63
80
100
125
160
In [A]
0,4
0,7
1,1
1,7
2,7
4,2
6,8
8,4
10,5
16,9
21,1
27
34
42
53
68
84
105
133
169
211
266
338
422
528
675
ucc [%]
13
10,5
9,5
7,5
7
5,2
4
2,9
3
2,1
4,5
4,5
5
5,5
5,5
5,5
5,5
5,5
5
5
5
5
4,5
5,5
5
5
interruttore/sganciatore lato primario (1) (2)
modulare
scatolato o aperto
C60 D1 o K1
C60 D2 o K2
C60 D3 o K3
C60 D4 o K4
C60 D6 o K6
C60/NG125 D10 o K10
C60/NG125 D16 o K16
C60/NG125 D16 o K16
C60/NG125 D20 o K20
C60/NG125 D40 o K40
C60/NG125 D50 o K50
NSX160E/B/F/N/H/S/L TM40D o Micrologic 2.2 40A
C60/NG125 D63 o K63
NSX160E/B/F/N/H/S/L TM80D o Micrologic 2.2 100A
C120/NG125 D80
NSX160E/B/F/N/H/S/L TM100D o Micrologic 2.2 100A
C120/NG125 D100
NSX160E/B/F/N/H/S/L TM100D o Micrologic 2.2 100A
C120/NG125 D100
NSX160E/B/F/N/H/S/L TM100D o Micrologic 2.2 100A
C120/NG125 D125
NSX160E/B/F/N/H/S/L TM125D o Micrologic 2.2 100A
NSX160E/B/F/N/H/S/L TM160D o Micrologic 2.2 160A
NSX160E/B/F/N/H/S/L TM160D o Micrologic 2.2 160A
NSX250B/F/N/H/S/L TM200D o Micrologic 2.2 160A
NSX250B/F/N/H/S/L TM200D o Micrologic 2.2 250A
NSX400F/N/H/S/L Micrologic 5.3/6.3
NSX400F/N/H/S/L Micrologic 5.3/6.3
NSX630F/N/H/S/L Micrologic 5.3/6.3 NS630bN/H/L NT08H1 Micrologic 5.0/6.0/7.0
NSX630F/N/H/S/L Micrologic 5.3/6.3 NS630bN/H/L NT08H1 Micrologic 5.0/6.0/7.0
NS800N/H NT08H1 NW08N1/H1 Micrologic 5.0/6.0/7.0
NS800N/H NT08H1 NW08N1/H1 Micrologic 5.0/6.0/7.0
trasformatore monofase (tensione primaria 400 V)
trasformatore
Pn [kVA]
1
1,6
2,5
4
5
6,3
8
10
12,5
16
20
25
31,5
40
50
63
80
100
125
160
In [A]
2,44
3,9
6,1
9,8
12,2
15,4
19,5
24
30
39
49
61
77
98
122
154
195
244
305
390
ucc [%]
8
8
3
2,1
4,5
4,5
5
5
5
5
5
5,5
5
5
4,5
5
5
5,5
4,5
5,5
interruttore/sganciatore lato primario (1) (2)
modulare
scatolato o aperto
C60 D6 o K6
C60/NG125 D10 o K10
C60/NG125 D16 o K16
C60/NG125 D20 o K20
C60/NG125 D32 o K32
NSX160E/B/F/N/H/S/L TM16D o Micrologic 2.2 40A
C60/NG125 D40 o K40
NSX160E/B/F/N/H/S/L TM25D o Micrologic 2.2 40A
C60/NG125 D50 o K50
NSX160E/B/F/N/H/S/L TM40D o Micrologic 2.2 40A
C60/NG125 D63 o K63
NSX160E/B/F/N/H/S/L TM40D o Micrologic 2.2 40A
C60/NG125 D63 o K63
NSX160E/B/F/N/H/S/L TM40D o Micrologic 2.2 40A
C120/NG125 D80
NSX160E/B/F/N/H/S/L TM80D o Micrologic 2.2 100A
C120/NG125 D100
NSX160E/B/F/N/H/S/L TM80D o Micrologic 2.2 100A
C120/NG125 D125
NSX160E/B/F/N/H/S/L TM100D o Micrologic 2.2 100A
NSX160E/B/F/N/H/S/L TM100D o Micrologic 2.2 100A
NSX160E/B/F/N/H/S/L TM125D o Micrologic 2.2 160A
NSX160E/B/F/N/H/S/L TM160D o Micrologic 2.2 160A
NSX250B/F/N/H/S/L TM200D o NSX160E/B/F/N/H/S/L Micrologic 2.2 160A
NSX250B/F/N/H/S/L TM250D o Micrologic 2.2 250A
NSX400F/N/H/S/L Micrologic 5.3/6.3
NSX630F/N/H/S/L Micrologic 5.3/6.3 NS630bN/H/L NT08H1 Micrologic 5.0/6.0/7.0
NSX630F/N/H/S/L Micrologic 5.3/6.3 NS630bN/H/L NT08H1 Micrologic 5.0/6.0/7.0
(1) Con interruttori modulari, ampiezza della regolazione termica insufficiente o sganciatore solo magnetico, prevedere una protezione termica sul secondario
del trasformatore.
(2) Il potere di interruzione viene scelto in funzione della corrente di cortocircuito massima nel punto in cui viene installato l'interruttore.
420
Trasformatori trifase
trasformatore trifase (primario 400 V)
trasformatore
Pn [kVA]
5
6,3
8
10
12,5
16
20
25
31,5
40
50
63
80
100
125
160
200
250
315
400
500
In [A]
7
8,8
11,6
14
17,6
23
28
35
44
56
70
89
113
141
176
225
287
352
444
563
704
ucc [%]
4,5
4,5
4,5
5,5
5,5
5,5
5,5
5,5
5
5
4,5
5
5
5,5
4,5
5,5
5
5
4,5
6
6
630
887
5,5
800
1126
5,5
1000
1408
5,5
1250
1760
5
1600
2253
5,5
2000
2817
5,5
interruttore/sganciatore (1) (2)
modulare
scatolato o aperto
C60/NG125 D20 o K20
NSX160E/B/F/N/H/S/L TM16D o Micrologic 2.2 40A
C60/NG125 D20 o K20
NSX160E/B/F/N/H/S/L TM16D o Micrologic 2.2 40A
C60/NG125 D32 o K32
NSX160E/B/F/N/H/S/L TM16D o Micrologic 2.2 40A
C60/NG125 D32 o K32
NSX160E/B/F/N/H/S/L TM16D o Micrologic 2.2 40A
C60/NG125 D40 o K40
NSX160E/B/F/N/H/S/L TM25D o Micrologic 2.2 40A
C60/NG125 D63 o K63
NSX160E/B/F/N/H/S/L TM25D o Micrologic 2.2 40A
C60/NG125 D63 o K63
NSX160E/B/F/N/H/S/L TM40D o Micrologic 2.2 40A
C120/NG125 D80
NSX160E/B/F/N/H/S/L TM40D o Micrologic 2.2 40A
C120/NG125 D80
NSX160E/B/F/N/H/S/L TM63D o Micrologic 2.2 100A
C120/NG125 D80
NSX160E/B/F/N/H/S/L TM80D o Micrologic 2.2 100A
C120/NG125 D100
NSX160E/B/F/N/H/S/L TM100D o Micrologic 2.2 100A
C120/NG125 D125
NSX160E/B/F/N/H/S/L TM100D o Micrologic 2.2 100A
NSX250B/F/N/H/S/L TM200D o Micrologic 2.2 160A
NSX250B/F/N/H/S/L TM200D o Micrologic 2.2 160A
NSX250B/F/N/H/S/L TM250D o Micrologic 2.2 250A
NSX400F/N/H/S/L Micrologic 5.3/6.3
NSX400F/N/H/S/L Micrologic 5.3/6.3
NSX630F/N/H/S/L Micrologic 5.3/6.3 NS630bN/H/L NT08H1 Micrologic 5.0/6.0/7.0
NSX630F/N/H/S/L Micrologic 5.3/6.3 NS630bN/H/L NT08H1 Micrologic 5.0/6.0/7.0
NS800N/H NT08H1 NW08N1/H1 Micrologic 5.0/6.0/7.0
NS800N/H NT08H1 NW08N1/H1 Micrologic 5.0/6.0/7.0
NS1000N/H NT10H1 NW10N1/H1 Micrologic 5.0/6.0/7.0
NS1000N/H NT10H1 NW10N1/H1 Micrologic 5.0/6.0/7.0
NS1250N/H NT12H1 NW12N1/H1 Micrologic 5.0/6.0/7.0
NS1250N/H NT12H1 NW12N1/H1 Micrologic 5.0/6.0/7.0
NS1600N/H NT16H1 NW16N1/H1 Micrologic 5.0/6.0/7.0
NS1600N/H NT16H1 NW16N1/H1 Micrologic 5.0/6.0/7.0
NW20N1/H1 Micrologic 5.0/6.0/7.0
NW20N1/H1 Micrologic 5.0/6.0/7.0
NW25H2/H3 Micrologic 5.0/6.0/7.0
NW25H2/H3 Micrologic 5.0/6.0/7.0
NW32H2/H3 Micrologic 5.0/6.0/7.0
NW32H2/H3 Micrologic 5.0/6.0/7.0
NW40H2/H3 Micrologic 5.0/6.0/7.0
(1) Con interruttori modulari, ampiezza della regolazione termica insufficiente o sganciatore solo magnetico, prevedere una protezione termica sul secondario
del trasformatore.
(2) Il potere di interruzione viene scelto in funzione della corrente di cortocircuito massima nel punto in cui viene installato l'interruttore.
Esempio
Le tabelle qui riportate permettono di scegliere l'interruttore a monte del
trasformatore BT/BT e il relativo sganciatore in funzione della potenza, del tipo e
della tensione primaria. Supponiamo che la partenza alimenti un trasformatore
monofase da 10 kVA con rapporto di trasformazione 400/230 V (I1n = 24 A).
La corrente di cortocircuito all'origine della partenza è 35 kA.
L'interruttore automatico ha le seguenti caratteristiche:
cc tipo: NG125L (Icu = 50 kA);
cc sganciatore: D63 (63 A);
cc soglia magnetica: Im = 10 ÷ 14 In (630 ÷ 882 A);
cc numero di poli: 2.
Questo interruttore permette la messa in tensione del trasformatore senza intervento
intempestivo dello sganciatore, ma non ne assicura la protezione termica
(la corrente nominale dell'interruttore è più elevata della corrente nominale primaria
del trasformatore). La protezione termica del trasformatore, secondo quanto previsto
anche dalla norma CEI 64-8, può essere assicurata da un interruttore posto a valle.
La I2n del trasformatore è di 41,7 A e la corrente di cortocircuito massima ai morsetti
secondari Icc2 vale:
.
.
Icc2 = Sn 100 = 10 100 = 0,87 kA
230 . 5
U2n . ucc%
Questa corrente di cortocircuito sarà di riferimento per la determinazione del potere
di interruzione. Potrà pertanto essere utilizzato un interruttore C60a-40 A-curva C.
Dovranno essere inoltre verificate le condizioni necessarie per assicurare
la protezione delle persone. Nel caso di linea di alimentazione del primario
di lunghezza significativa (oltre 10 m) bisogna verificare anche la Icc minima a fondo
linea. I criteri di scelta dell'interruttore a valle sono gli stessi esposti nel capitolo
relativo alla protezione dei circuiti:
cc protezione contro i sovraccarichi;
cc protezione contro i cortocircuiti;
cc protezione contro i contatti indiretti.
421
Protezione
degli apparecchi
utilizzatori
Compensazione dell’energia reattiva
Generalità
Le potenze in gioco in una rete elettrica
In un impianto elettrico sono in gioco le seguenti potenze:
cc potenza attiva P [kW] è la potenza effettivamente utilizzabile
dai carichi. Si manifesta sotto forma di energia meccanica o di calore:
P = S . cos ϕ;
cc potenza reattiva Q [kvar] è la potenza in gioco nei circuiti magnetici
degli utilizzatori. È indispensabile nella conversione dell’energia elettrica:
Q = S . sin ϕ.
Viene fornita normalmente dalla rete di alimentazione sotto forma di potenza reattiva
induttiva o da batterie di condensatori come potenza reattiva capacitiva in controfase
alla potenza induttiva.
cc potenza apparente S [kVA] è determinata dal prodotto della tensione
per la corrente (V . I in circuiti monofasi e e V . I in circuiti trifasi).
è calcolabile come:
S = P 2 + Q2
Il fattore di potenza
Il fattore di potenza di un’installazione è il rapporto tra la potenza attiva e la potenza
apparente assorbita dal carico, e può variare da valore zero a valore unitario.
cos ϕ = P/S
Mantenere un fattore di potenza prossimo all'unità vuol dire:
cc soppressione delle penali per il consumo eccessivo di energia reattiva.
Il valore minimo di cos ϕ esente da penali è pari a 0,9;
cc diminuzione della potenza apparente contrattuale [kVA];
cc limitazione delle perdite di energia attiva nei cavi (perdite Joule);
cc possibilità di ridurre la sezione dei cavi;
cc aumento della potenza attiva [kW] disponibile al secondario del trasformatore
MT/ BT;
cc diminuzione della caduta di tensione (a parità di sezione dei cavi).
La presenza nell'impianto di componenti e utilizzatori con elevato assorbimento
di energia reattiva provoca l'abbassamento del fattore di potenza a valori
inaccettabili. La tabella seguente permette di identificare le apparecchiature
con consumo di energia reattiva elevata.
apparecchiature
motore asincrono
fattore di carico [%]
0
25
50
75
100
lampade a incandescenza
lampade fluorescenti non rifasate
lampade fluorescenti rifasate
lampade a scarica
forni a resistenza
forni ad induzione ed a perdite dielettriche
saldatrice a punti
saldatura ad arco alimentata da
gruppo statico monofase
gruppo rotante
trasformatore-raddrizzatore
forni ad arco
422
cos ϕ
0,17
0,55
0,73
0,80
0,85
≈1
≈ 0,5
0,86 ÷ 0,93
0,4 ÷ 0,6
≈1
≈ 0,85
0,8 ÷ 0,9
≈ 0,5
0,7 ÷ 0,9
0,7 ÷ 0,8
0,8
tg ϕ
5,80
1,52
0,94
0,75
0,62
≈0
≈ 1,73
0,59 ÷ 0,39
2,29 ÷ 1,33
≈0
≈ 0,62
0,75 ÷ 0,48
≈ 1,73
1,02 ÷ 0,48
1,02 ÷ 0,75
0,75
Il rifasamento
Quando in un impianto il fattore di potenza è troppo basso, è necessario provvedere
ad una compensazione dell’energia reattiva assorbita dagli utilizzatori.
Tale compensazione viene normalmente effettuata utilizzando batterie
di condensatori.
I condensatori assorbono dalla rete una corrente sfasata di circa 90° in anticipo
rispetto alla tensione.
La corrispondente potenza reattiva risulta perciò di segno opposto a quella assorbita
dai normali apparecchi utilizzatori.
Si ottiene in tal modo un aumento del fattore di potenza che corrisponde
ad una diminuzione dell’angolo di sfasamento tra tensione e corrente (rifasamento).
Scelta della potenza di un condensatore
A fronte di una potenza attiva P richiesta dalle utenze, impiegando una batteria
di condensatori di potenza reattiva Qc, la potenza reattiva assorbita dalla rete
di alimentazione passa dal valore Q al valore Q’; la potenza apparente passa
da S a S’ mentre la potenza attiva assorbita rimane invariata.
La batteria di rifasamento deve avere
una potenza pari a Qc = P(tgϕ - tgϕ').
Nella pratica il fattore kc = (tgϕ - tgϕ') può essere ricavato dalla tabella alla pagina
seguente.
Il valore di kc si determina dall’incrocio tra la riga del cosϕ prima della
compensazione (rilevabile direttamente o calcolabile per l'impianto allo studio)
e la riga del cosϕ desiderato dopo la compensazione.
Come si può osservare, kc rappresenta la potenza del condensatore necessaria
alla compensazione per ogni kW di potenza assorbita dall’impianto.
La potenza delle batterie di rifasamento si calcolerà con la formula:
Qc = kc . P [kvar]
Tensione nominale delle batterie e potenza reattiva
erogata
SI
QI
Q
S
Qc
Una batteria eroga diversi valori di energia reattiva in funzione della tensione
con cui viene alimentata. L’erogazione della potenza nominale Qnc avviene
in corrispondenza della tensione nominale Unc. A tensioni inferiori, l’erogazione
é inferiore secondo la formula:
U 2
Q = Qnc .
Unc
Per ottenere una potenza rifasante Qc ad una tensione U è perciò necessario
prevedere una batteria avente potenza nominale:
Unc 2
Qnc = Qc .
U
)
)
ϕI
)
P
ϕ
)
423
Protezione
degli apparecchi
utilizzatori
Compensazione dell’energia reattiva
Scelta della potenza
La seguente tabella permette di determinare la potenza reattiva necessaria
per aumentare il fattore di potenza dell’impianto fino al valore desiderato.
Il valore numerico kc esprime la potenza del condensatore in kvar per ogni kW
richiesto dal carico.
Qc = kc . P [kvar]
fattore [kvar/kW]
prima della compensazione
tg ϕ
cos ϕ
2,29
0,40
2,22
0,41
2,16
0,42
2,10
0,43
2,04
0,44
1,98
0,45
1,93
0,46
1,88
0,47
1,83
0,48
1,78
0,49
1,73
0,50
1,69
0,51
1,64
0,52
1,60
0,53
1,56
0,54
1,52
0,55
1,48
0,56
1,44
0,57
1,40
0,58
1,37
0,59
1,33
0,60
1,30
0,61
1,27
0,62
1,23
0,63
1,20
0,64
1,17
0,65
1,14
0,66
1,11
0,67
1,08
0,68
1,05
0,69
1,02
0,70
0,99
0,71
0,96
0,72
0,94
0,73
0,91
0,74
0,88
0,75
0,86
0,76
0,83
0,77
0,80
0,78
0,78
0,79
0,75
0,80
0,72
0,81
0,70
0,82
0,67
0,83
0,65
0,84
0,62
0,85
0,59
0,86
0,57
0,87
0,54
0,88
0,51
0,89
0,48
0,90
dopo la compensazione
0,75
0,59
0,48
0,80
0,86
0,90
1,557
1,691
1,805
1,474
1,625
1,742
1,413
1,561
1,681
1,356
1,499
1,624
1,290
1,441
1,558
1,230
1,384
1,501
1,179
1,330
1,446
1,130
1,278
1,397
1,076
1,228
1,343
1,030
1,179
1,297
0,982
1,232
1,248
0,936
1,087
1,202
0,894
1,043
1,160
0,850
1,000
1,116
0,809
0,959
1,075
0,796
0,918
1,035
0,730
0,879
0,996
0,692
0,841
0,958
0,655
0,805
0,921
0,618
0,768
0,884
0,584
0,733
0,849
0,549
0,699
0,815
0,515
0,665
0,781
0,483
0,633
0,749
0,450
0,601
0,716
0,419
0,569
0,685
0,388
0,538
0,654
0,358
0,508
0,624
0,329
0,478
0,595
0,299
0,449
0,565
0,270
0,420
0,536
0,242
0,392
0,508
0,213
0,364
0,479
0,186
0,336
0,452
0,159
0,309
0,425
0,132
0,282
0,398
0,105
0,255
0,371
0,079
0,229
0,345
0,053
0,202
0,319
0,026
0,176
0,292
0,150
0,266
0,124
0,240
0,098
0,214
0,072
0,188
0,046
0,162
0,020
0,136
0,109
0,083
0,054
0,028
Nota: nel caso in cui i condensatori da installare abbiano una
potenza nominale riferita ad una tensione Unc diversa dalla
tensione nominale dell’impianto, è necessario determinare la
potenza reattiva nominale Qnc (a partire dalla potenza Qc
necessaria al rifasamento alla tensione dell’impianto) come:
)
Qnc = Qc .
Unc
U
)
2
Se si vogliono installare condensatori aventi tensione
nominale di 440 V, la loro potenza nominale deve essere di:
424
)
Qnc = 53,6 .
440
400
) = 64,9 kvar
2
0,46
0,91
1,832
1,769
1,709
1,651
1,585
1,532
1,473
1,425
1,370
1,326
1,276
1,230
1,188
1,114
1,103
1,063
1,024
0,986
0,949
0,912
0,878
0,843
0,809
0,777
0,744
0,713
0,682
0,652
0,623
0,593
0,564
0,536
0,507
0,480
0,453
0,426
0,399
0,373
0,347
0,320
0,294
0,268
0,242
0,216
0,190
0,164
0,140
0,114
0,085
0,059
0,031
0,43
0,92
1,861
1,798
1,738
1,680
1,614
1,561
1,502
1,454
1,400
1,355
1,303
1,257
1,215
1,171
1,130
1,090
1,051
1,013
0,976
0,939
0,905
0,870
0,836
0,804
0,771
0,740
0,709
0,679
0,650
0,620
0,591
0,563
0,534
0,507
0,480
0,453
0,426
0,400
0,374
0,347
0,321
0,295
0,269
0,243
0,217
0,191
0,167
0,141
0,112
0,086
0,058
0,40
0,93
1,895
1,831
1,771
1,713
1,647
1,592
1,533
1,485
1,430
1,386
1,337
1,291
1,249
1,205
1,164
1,124
1,085
1,047
1,010
0,973
0,939
0,904
0,870
0,838
0,805
0,774
0,743
0,713
0,684
0,654
0,625
0,597
0,568
0,541
0,514
0,487
0,460
0,434
0,408
0,381
0,355
0,329
0,303
0,277
0,251
0,225
0,198
0,172
0,143
0,117
0,089
0,36
0,94
1,924
1,840
1,800
1,742
1,677
1,628
1,567
1,519
1,464
1,420
1,369
1,323
1,281
1,237
1,196
1,156
1,117
1,079
1,042
1,005
0,971
0,936
0,902
0,870
0,837
0,806
0,775
0,745
0,716
0,686
0,657
0,629
0,600
0,573
0,546
0,519
0,492
0,466
0,440
0,413
0,387
0,361
0,335
0,309
0,283
0,257
0,230
0,204
0,175
0,149
0,121
0,33
0,95
1,959
1,896
1,836
1,778
1,712
1,659
1,600
1,532
1,497
1,453
1,403
1,357
1,315
1,271
1,230
1,190
1,151
1,113
1,076
1,039
1,005
0,970
0,936
0,904
0,871
0,840
0,809
0,779
0,750
0,720
0,691
0,663
0,634
0,607
0,580
0,553
0,526
0,500
0,474
0,447
0,421
0,395
0,369
0,343
0,317
0,291
0,264
0,238
0,209
0,183
0,155
0,29
0,96
1,998
1,935
1,874
1,816
1,751
1,695
1,636
1,588
1,534
1,489
1,441
1,395
1,353
1,309
1,268
1,228
1,189
1,151
1,114
1,077
1,043
1,008
0,974
0,942
0,909
0,878
0,847
0,817
0,788
0,758
0,729
0,701
0,672
0,645
0,618
0,591
0,564
0,538
0,512
0,485
0,459
0,433
0,407
0,381
0,355
0,329
0,301
0,275
0,246
0,230
0,192
0,25
0,97
2,037
1,973
1,913
1,855
1,790
1,737
1,677
1,629
1,575
1,530
1,481
1,435
1,393
1,349
1,308
1,268
1,229
1,191
1,154
1,117
1,083
1,048
1,014
0,982
0,949
0,918
0,887
0,857
0,828
0,798
0,769
0,741
0,712
0,685
0,658
0,631
0,604
0,578
0,552
0,525
0,499
0,473
0,447
0,421
0,395
0,369
0,343
0,317
0,288
0,262
0,234
0,20
0,98
2,085
2,021
1,961
1,903
1,837
1,784
1,725
1,677
1,623
1,578
1,529
1,483
1,441
1,397
1,356
1,316
1,227
1,239
1,202
1,165
1,131
1,096
1,062
1,030
0,997
0,966
0,935
0,905
0,876
0,840
0,811
0,783
0,754
0,727
0,700
0,673
0,652
0,620
0,594
0,567
0,541
0,515
0,489
0,463
0,437
0,417
0,390
0,364
0,335
0,309
0,281
0,14
0,99
2,146
2,082
2,022
1,964
1,899
1,846
1,786
1,758
1,684
1,639
1,590
1,544
1,502
1,458
1,417
1,377
1,338
1,300
1,263
1,226
1,192
1,157
1,123
1,091
1,058
1,007
0,996
0,966
0,937
0,907
0,878
0,850
0,821
0,794
0,767
0,740
0,713
0,687
0,661
0,634
0,608
0,582
0,556
0,530
0,504
0,478
0,450
0,424
0,395
0,369
0,341
0
1
2,288
2,225
2,164
2,107
2,041
1,98
1,929
1,881
1,826
1,782
1,732
1,686
1,644
1,600
1,559
1,519
1,480
1,442
1,405
1,368
1,334
1,299
1,265
1,223
1,200
1,169
1,138
1,108
1,079
1,049
1,020
0,992
0,963
0,936
0,909
0,882
0,855
0,829
0,803
0,776
0,750
0,724
0,698
0,672
0,645
0,620
0,593
0,567
0,538
0,512
0,484
Esempio
Si desidera rifasare un impianto avente le seguenti caratteristiche:
cc rete trifase con tensione Un = 400 V;
cc potenza assorbita P = 100 kW;
cc fattore di potenza prima del rifasamento cosϕ = 0,7;
cc fattore di potenza richiesto cosϕf = 0,9.
Si individuano la colonna corrispondente al fattore di potenza richiesto (0,9)
e la riga corrispondente al fattore di potenza iniziale (0,7). Si ottiene kc = 0,536.
è necessario installare una batteria di condensatori avente una potenza reattiva
pari a: Qc = kc . P = 53,6 kvar.
Tipi di compensazione
Installazione di un condensatore di rifasamento
Per determinare la potenza ottimale della batteria di rifasamento, la localizzazione
della stessa e il tipo di compensazione (fissa o automatica), è necessario tener conto
degli elementi seguenti:
cc fattore di potenza prima dell'installazione della batteria di rifasamento;
cc minimo fattore di potenza previsto;
cc costo della batteria e della sua installazione;
cc risparmio sulle tariffe elettriche;
cc risparmio dovuto all'ottimizzazione dell'impianto di distribuzione dell'energia elettrica.
I condensatori possono essere installati a 3 diversi livelli:
cc sulle partenze del quadro generale BT (compensazione globale);
cc sull'arrivo di ogni reparto nel quadro di distribuzione (compensazione parziale);
cc ai morsetti di ogni utilizzatore che necessiti di potenza reattiva (compensazione locale).
La compensazione tecnicamente ottimale è quella che permette di produrre l'energia
reattiva nel punto in cui è consumata e nella quantità strettamente necessaria,
ma la sua realizzazione pratica è generalmente antieconomica.
Compensazione globale
è conveniente in reti con estensione limitata con carichi stabili e continui o in
previsione di un ampliamento dell’impianto senza dover modificare la sottostazione
di trasformazione.
Vantaggi
cc Sopprime le penalità per consumo eccessivo di energia reattiva;
cc adatta l'esigenza reale dell'impianto (kW) alla potenza apparente contrattuale
(kVA);
cc riduce la potenza apparente che transita nella sottostazione di trasformazione
(aumento della potenza attiva disponibile);
cc permette di utilizzare un interruttore più economico a monte del condensatore;
cc rapido ammortamento dei costi.
n° 1
M
M
M
M
Flusso di potenza apparente
Flusso di potenza reattiva
Svantaggi
c la parte di impianto a valle del livello 1 non trae vantaggio dall'installazione
dei condensatori;
c le perdite per effetto Joule, nei cavi a valle della batteria di rifasamento, non sono
diminuite;
c esiste il rischio di sovracompensazione a seguito di variazioni di carichi importanti.
Questo rischio viene eliminato utilizzando batterie automatiche di rifasamento.
Nota: per batterie di rifasamento di potenza superiore a 1000 kvar si consiglia una
compensazione in media tensione.
Compensazione parziale
è consigliata in reti molto estese e divise in compartimenti con regimi di carico
molto differenti.
n° 1
n° 2
Vantaggi
cc Sopprime le penalità per consumo eccessivo di energia reattiva;
cc ottimizza una parte della rete.
La corrente reattiva non interessa l'impianto compreso tra il livello n° 1 e 2;
cc riduce la potenza apparente che transita nella sottostazione di trasformazione
(aumento della potenza attiva disponibile);
cc diminuisce le perdite nei cavi per effetto Joule fino al livello 2.
n° 2
M
M
M
M
Flusso di potenza apparente
Flusso di potenza reattiva
Svantaggi
cc Solo la parte di impianto tra il livello 1 e 2 trae vantaggio dall'installazione
dei condensatori;
cc le perdite nei cavi per effetto Joule sono diminuite solo fino al livello 2;
cc esiste il rischio di sovracompensazione a seguito di variazioni di carichi importanti;
Questo rischio viene eliminato utilizzando batterie automatiche di rifasamento.
Compensazione locale
n° 1
n° 2
n° 2
n° 3
n° 3
M
n° 3
M
n° 3
M
M
La compensazione individuale è consigliata in presenza di utilizzatori di potenza
elevata rispetto alla potenza dell’intera rete.
Vantaggi
cc Sopprime le penalità per consumo eccessivo di energia reattiva;
cc ottimizza tutta la rete elettrica;
cc riduce la potenza apparente che transita nella sottostazione di trasformazione
(aumento della potenza attiva disponibile);
cc le perdite nei cavi per effetto Joule vengono ridotte;
cc permette di utilizzare degli interruttori più economici.
Svantaggi
c Costo elevato.
Flusso di potenza apparente
Flusso di potenza reattiva
425
Protezione
degli apparecchi
utilizzatori
Compensazione dell’energia reattiva
Esempi e problemi applicativi
Compensazione dell’energia reattiva assorbita
da un trasformatore
L’energia reattiva necessaria al funzionamento del trasformatore può essere fornita
da una batteria di condensatori collegata permanentemente ai suoi morsetti
o dalla batteria utilizzata anche per il rifasamento dei carichi BT.
La potenza di tale batteria dipende dalla corrente magnetizzante e dalla corrente
assorbita durante il funzionamento a carico.
Le seguenti tabelle indicano la potenza reattiva richiesta da trasformatori
di distribuzione con tensione primaria 20 kV nelle due condizioni estreme
di funzionamento: a vuoto e a pieno carico.
La potenza relativa realmente necessaria per il rifasamento del trasformatore
dipende dalla condizione di carico effettiva ed è data dalla seguente formula:
Ib 2
Qr = Qr a vuoto + (Qr a carico - Qr a vuoto) .
In
Ib = corrente di utilizzo
Esempio: la potenza reattiva necessaria per il rifasamento di un trasformatore
in olio a perdite normali di potenza 630 kVA a pieno carico è di 35,7 kvar.
)
)
potenza reattiva da installare [kvar]
potenza
nominale
[kVA]
100
160
200
250
315
400
500
630
800
1000
1250
1600
2000
2500
3000
3150
trasformatori in olio
perdite secondo norma
CEI 14-14 lista A
Qr a vuoto Qr a carico
trasformatori in olio
basse perdite
trasformatori in resina
norma CEI 14-12
Qr a vuoto
Qr a carico
Qr a vuoto
Qr a carico
2,5
3,7
4,4
5,3
6,3
7,5
9,4
11,3
13,5
14,9
17,4
20,6
23,8
27,2
29,7
1,5
2,0
2,4
2,7
3,1
3,5
4,4
5,0
5,5
6,9
7,3
7,7
9,7
12,1
11,5
5,2
8,2
10,3
12,4
15,3
19,1
24,0
29,6
53,0
66,3
81,7
103,1
128,9
161,0
190,3
2,5
3,6
4,2
4,9
5,6
5,9
7,4
8,0
10,2
11,8
14,7
18,9
21,6
24,5
8,1
12,9
15,8
19,5
24,0
29,3
36,7
45,1
57,4
70,9
88,8
113,8
140,2
173,1
30,9
250,4
6,1
9,6
11,9
14,7
18,3
22,9
28,7
35,7
60,8
74,1
91,4
115,4
142,0
175,2
207,5
Compensazione dell’energia reattiva assorbita
da un motore
La compensazione individuale viene utilizzata per potenze elevate rispetto
alla potenza totale dell’installazione.
Come regola generale, si può prevedere un condensatore di potenza di poco
inferiore alla potenza reattiva assorbita nel funzionamento a vuoto del motore.
La tabella a lato fornisce, a titolo indicativo, i valori della potenza delle batterie
di condensatori da installare in funzione della potenza dei motori.
potenza reattiva da installare [kvar]
motore trifase: 230/400 V
potenza nominale
[kW]
[CV]
22
30
30
40
37
50
45
60
55
75
75
100
90
125
110
150
132
180
160
218
200
274
250
340
280
380
355
482
400
544
450
610
426
velocità di rotazione [g/min]
3000
1500
6
8
7,5
10
9
11
11
13
13
17
17
22
20
25
24
29
31
36
35
41
43
47
52
57
57
63
67
76
78
82
87
93
1000
9
11
12,5
14
18
25
27
33
38
44
53
63
70
86
97
107
750
10
12,5
16
17
21
28
30
37
43
52
61
71
79
98
106
117
Il problema delle armoniche
L’impiego dei componenti elettrici con dispositivi elettronici (motori a velocità
variabile, raddrizzatori statici, inverters) provoca la circolazione di armoniche
nella rete elettrica.
I condensatori sono estremamente sensibili a questo fenomeno in quanto la loro
impedenza decresce proporzionalmente all’ordine delle armoniche presenti.
Se la frequenza di risonanza dell’insieme condensatore-rete è prossima
alle frequenze delle armoniche presenti in rete, tali armoniche verranno amplificate
e si potranno verificare sovratensioni.
La corrente risultante provocherà il riscaldamento del condensatore, dei cavi
di alimentazione e lo scatto intempestivo della protezione termica dell’interruttore.
Rimedi contro gli effetti delle armoniche
La presenza di armoniche ha come effetto un aumento della corrente assorbita
dal condensatore.
Il valore della corrente può di conseguenza risultare maggiorato del 30 %. Inoltre,
in considerazione delle tolleranze sui dati nominali dei condensatori è opportuna
un’ulteriore maggiorazione del 15 % che porta ad un dimensionamento
dei componenti in serie al condensatore pari a 1,5 volte la corrente nominale
del condensatore.
Per ovviare alle sovratensioni in conseguenza delle armoniche si possono utilizzare:
cc condensatori sovradimensionati in tensione, ad esempio 440 V per reti a 400 V
(+10%);
cc filtri antiarmoniche che devono essere opportunamente calcolati in funzione dello
spettro di armoniche presenti nella rete.
427
Protezione
degli apparecchi
utilizzatori
Compensazione dell’energia reattiva
Scelta delle protezioni
Sezione dei cavi di alimentazione
è consigliabile maggiorare la corrente assorbita dal condensatore:
cc del 30% per tener conto delle componenti armoniche;
cc del 15% per tener conto della tolleranza sul valore nominale di capacità
del condensatore.
Di conseguenza i cavi di alimentazione devono essere dimensionati per portare
una corrente pari a:
IB = 1,3 . 1,15 . Ic z 1,5 . Ic
dove:
IB è la massima corrente assorbita
dal condensatore;
Ic è la corrente assorbita dal condensatore alimentato alla tensione dell’impianto
(Un):
U 2
Qnc .
Unc
Qc
Ic =
=
e . Un
e . Un
(vedere pag. 423 per il significato dei simboli).
)
)
Apparecchio di protezione e comando
La corrente nominale e la soglia magnetica dell’interruttore automatico devono
essere scelte in modo tale da:
cc evitare scatti intempestivi della protezione termica: In (o Ir) ≥ 1,5 . Ic;
cc permettere la messa in tensione del condensatore.
L'inserzione di un condensatore equivale a stabilire un cortocircuito per un periodo
pari al tempo di carica.
La corrente di inserzione dipende dal tipo di condensatore, singolo o in batteria
automatica, dalla capacità del singolo elemento e dalla induttanza a monte
del condensatore (rete).
In conseguenza a quanto detto, l'interruttore automatico deve avere una soglia
di intervento istantaneo elevata.
Per limitare la corrente di inserzione si consiglia l'installazione di induttanze
di limitazione.
interruttori automatici per batterie di condensatori trifasi di media e grande potenza
rete 230 V
rete 400 V
corrente
potenza interruttore automatico (1)
potenza interruttore automatico (1)
In o Ir min batteria
batteria
[A]
[kvar]
[kvar]
5
C60H/C60L/NG125L D20
20
10
C60H/C60L/NG125L D20
10
C60H/C60L/NG125L D40
40
20
C60H/C60L/NG125L D40
NSX160E/B/F/N/H/S/L TM40D o Micrologic 2.2 40A
35
NSX160E/B/F/N/H/S/L TM40D o Micrologic 2.2 40A
15
NSX160E/B/F/N/H/S/L TM63D o Micrologic 2.2 100A
54
30
NSX160E/B/F/N/H/S/L TM63D o Micrologic 2.2 100A
20
NSX160E/B/F/N/H/S/L TM80D o Micrologic 2.2 100A
72
40
NSX160E/B/F/N/H/S/L TM80D o Micrologic 2.2 100A
25
NSX160E/B/F/N/H/S/L TM100D o Micrologic 2.2 100A
90
50
NSX160E/B/F/N/H/S/L TM125D o Micrologic 2.2 160A
30
NSX160E/B/F/N/H/S/L TM125D o Micrologic 2.2 160A
108
60
NSX160E/B/F/N/H/S/L TM125D o Micrologic 2.2 160A
40
NSX160E/B/F/N/H/S/L TM160D o Micrologic 2.2 160A
144
80
NSX250B/F/N/H/S/L TM200D o Micrologic 2.2 250A
50
NSX250B/F/N/H/S/L TM200D o Micrologic 2.2 250A
180
100
NSX250B/F/N/H/S/L TM200D o Micrologic 2.2 250A
60
NSX250B/F/N/H/S/L TM250D o Micrologic 2.2 250A
215
120
NSX250B/F/N/H/S/L TM250D o Micrologic 2.2 250A
70
NSX400F/N/H/S/L Micrologic 5.3/6.3
255
140
NSX400F/N/H/S/L Micrologic 5.3/6.3
90
NSX400F/N/H/S/L Micrologic 5.3/6.3
325
180
NSX400F/N/H/S/L Micrologic 5.3/6.3
100
NSX400F/N/H/S/L Micrologic 5.3/6.3
360
NSX630F/N/H/S/L Micrologic 5.3/6.3
120
NSX630F/N/H/S/L Micrologic 5.3/6.3
430
200
NSX630F/N/H/S/L Micrologic 5.3/6.3
NS630bN/H/L Micrologic 2.0
430
150
NSX630F/N/H/S/L Micrologic 5.3/6.3
540
240
NSX630F/N/H/S/L Micrologic 5.3/6.3
NS630bN/H/L Micrologic 2.0
540
NS630bN/H/L Micrologic 2.0
180
NS800N/H/L Micrologic 2.0
648
250
NSX630F/N/H/S/L Micrologic 5.3/6.3
NT08H1, NW08N1/H1 Micrologic 2.0
648
NS630bN/H/L Micrologic 2.0
210
NS800N/H/L Micrologic 2.0
755
300
NS630bN/H/L Micrologic 2.0
NS1000N/H/L Micrologic 2.0
755
NS800N/H/L Micrologic 2.0
NT08H1, NW08N1/H1 Micrologic 2.0
755
NT08H1, NW08N1/H1 Micrologic 2.0
245
NS1000N/H/L Micrologic 2.0
880
360
NS800N/H/L Micrologic 2.0
NS1250N/H/L Micrologic 2.0
880
NS1000N/H/L Micrologic 2.0
NT10H1, NW10N1/H1 Micrologic 2.0
880
NT08H1, NW08N1/H1 Micrologic 2.0
(1) Il potere di interruzione viene scelto in funzione della corrente di cortocircuito massima nel punto in cui viene installato l’interruttore.
428
corrente
In o Ir min
[A]
20
40
40
63
80
100
125
160
200
248
290
370
370
410
495
495
516
516
620
620
620
744
744
744