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Cortocircuiti
Scelta e installazione
dei componenti elettrici / 2
La sovracorrente dovuta a cortocircuito è tipica di un
guasto; vediamo come deve essere scelto il dispositivo
di protezione. |
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Ing. Riccardo Minelli
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 L’articolo 533.3 “Scelta dei dispositivi
di protezione” (Parte 5 della
norma CEI 64-8) è costituito di sole
due righe.
Semplicemente si rimanda
all’applicazione delle prescrizioni
del Capitolo 43 (Parte 4) e si dice
che, per durata dei cortocircuiti sino
a 5 s, l’applicazione di tali prescrizioni
deve tener conto delle correnti
minime e massime di cortocircuito.
Tutto qui, ma nella parte commento
sono riportate due formule, molto
utili nella pratica impiantistica, per
determinare la corrente minima
presunta di cortocircuito.
Prima di vedere di cosa si tratta,
chiariamo il “mistero” dei 5 s.
E’ evidente che per proteggere le
condutture dal cortocircuito è necessario
che l’energia specifica, responsabile
dei fenomeni termici distruttivi,
lasciata passare dal dispositivo di
protezione sia inferiore a quella che
le condutture stesse sono in grado
di sopportare.
L’energia specifica è data dall’integrale
del quadrato della corrente di
cortocircuito nel tempo.
Oltre alla difficoltà del calcolo
integrale c’è quella di determinare
l’andamento della corrente durante il
cortocircuito.
Ma se il riscaldamento
dei conduttori avviene senza scambio
di calore con l’esterno (si dice
adiabatico), agli effetti pratici non
serve calcolare l’integrale.
La norma ha stabilito che il riscaldamento
si può considerare adiabatico se la durata del cortocircuito
inferiore a 5 s.
In questo caso il tempo necessario affinchè una corrente di cortocircuito
porti i conduttori dalla temperatura
massima ammissibile in servizio
ordinario alla temperatura limite può
essere calcolata dalla formula:
t = K2 x S2 / I2
dove:
t è il tempo di intervento del dispositivo
di protezione [s];
S è la sezione del conduttore [mm2];
I è il valore efficace della corrente di
cortocircuito [A];
K è un parametro che dipende dalle
caratteristiche dell’isolante.
Da cui la “famosa” condizione per
cui l’energia specifica lasciata passare
dal dispositivo per la durata del
cortocircuito I2t (Integrale di Joule)
deve essere minore o uguale a
K2S2.
Le due formule
Torniamo all’art. 533.3 e alle due
formule per calcolare la correnre
minima di cortocircuito.
Innanzitutto, si ricorda che la corrente
minima di cortocircuito deve
essere calcolata nel punto più lontano
della conduttura protetta per un
cortocircuito che si realizza tra fase
e neutro o tra due fasi nel caso in
cui il neutro non viene distribuito.
Se l’impianto è alimentato da più
sorgenti non in parallelo, si deve
prendere in considerazione solo la
sorgente corrispondente alla corrente
di cortocircuito minima.
Figura 1(a sinistra): Valore della corrente minima di
cortocircuito tra fase e fase.
Figura 2 (a destra): Valore della corrente minima di
cortocircuito tra fase e neutro.
La prima formula è valida quando
il neutro non è distribuito, la seconda
quando è distribuito e il guasto
avviene tra fase e neutro.
In entrambi i casi le formule suppongono
un aumento del 50% della resistenza del circuito rispetto al valore
a 20 °C, dovuto al riscaldamento dei
conduttori causato dalla corrente di
cortocircuito.
Inoltre si tiene conto di una riduzione
all’80% della tensione di alimentazione,
per effetto della corrente di
cortocircuito, rispetto alla tensione
nominale di alimentazione.
Se si conosce il valore dell’impedenza
del circuito a monte, il coefficiente
0,8, che compare in entrambe le
formule, deve essere sostituito dal
valore effettivo.
Neutro non distribuito
Quando il conduttore di neutro non
è distribuito il valore della corrente
minima di cortocircuito può essere calcolato con la formula riportata in
figura 1, dove:
U = tensione concatenata di alimentazione
[V];
r = resistività a 20 °C del materiale
dei conduttori [W · mm2/m],
0,018 per il rame,
0,027 per l’alluminio;
L = lunghezza della conduttura protetta
[m];
S = sezione del conduttore [mm2];
I = corrente di cortocircuito presunta
[A]. Neutro distribuito
Quando il conduttore di neutro è
distribuito il valore della corrente
minima di cortocircuito può essere
calcolato con la formula riportata in
figura 2, dove:
Uo è la tensione di alimentazione;
m è il rapporto tra la resistenza del
conduttore di neutro e la resistenza
del conduttore di fase (nel caso essi
siano costituiti dallo stesso materiale,
esso è uguale al rapporto tra
la sezione del conduttore di fase e
quella del conduttore di neutro).
r, L, S, I hanno lo stesso significato
della formula per il neutro non
distribuito.
Scelta della protezione
In pratica, per realizzare una corretta
protezione contro il cortocircuito
occorre conoscere l’energia specifica
(I2t) lasciata passare dal dispositivo
di protezione e quella sopportabile dalla conduttura.
L’iquadratoti del dispositivo è specificata
dal costruttore che ne fornisce
la curva caratteristica e la curva di
intervento.
Anche l’energia specifica
sopportabile dal cavo può essere
dichiarata dal costruttore oppure
può essere calcolata dai valori di
K riportati nella norma CEI 64-8
Tabella 52D “Massime temperature
di funzionamento dei materiali isolanti”
e Tabella 54E
“Valori di K per conduttori di protezione nudi quando
non esistono pericoli di danneggiamento
di materiali vicini per effetto
della temperatura: qo = 30° C”.
Nella figura 5 si vede il confronto,
che deve essere fatto fra la caratteristica
dell’energia specifica lasciata
passare da un interruttore automatico
e quella sopportata da una conduttura,
nei due punti critici: all’inizio
(Iccmax) ed in fondo (Iccmin) alla linea
da proteggere.
La corrente di cortocircuito che si
produce per un guasto all’estremità
della conduttura, ossia il più lontano
dal punto di alimentazione (Iccmin)
non deve essere inferiore a Ia (valore
della corrente in corrispondenza
del primo punto di intersezione tra
la caratteristica del dispositivo e
quella del cavo), mentre la corrente
di cortocircuito che si produce per
un guasto all’inizio della conduttura
(Iccmax) non deve essere superiore
a Ib (valore della corrente in corrispondenza
del secondo punto di
intersezione tra la caratteristica del
dispositivo e quella del cavo).
Nel caso di un fusibile (figura 6) è
sufficiente verificare che Iccmin non
sia inferiore a Ia (valore della corrente
in corrispondenza dell’unico
punto di intersezione tra la caratteristica
del dispositivo e quella del
cavo).
Quando una linea è protetta da un
dispositivo contro i sovraccarichi,
nel caso di un interruttore automatico
è sufficiente fare il confronto
solo per Iccmax (figura 7), mentre nel
caso sia un fusibile a proteggere dai
sovraccarichi, la protezione contro
il cortocircuito è ovviamente assicurata
(figura 8).
SGANCIATORE O RELÈ MAGNETICO Caratteristica a “tempo
indipendente”
Gli effetti di un cortocircuito consistono in un surriscaldamento dei
conduttori e in sollecitazioni di natura elettrodinamica ( attrazioni e
repulsioni tra conduttori con forze di elevata intensità): questi effetti
possono portare al danneggiamento delle apparecchiature e dei
conduttori attraversati dalla corrente di guasto, se il corto circuito non
è adeguatamente interrotto.
La corrente di cortocircuito deve essere estinta in tempi molto brevi,
indipendentemente dal valore di detta corrente, per evitare danni irreversibili
sull’impianto.
Per questo motivo l’interruzione è generalmente affidata ad uno sganciatore
o relè magnetico di tipo “a tempo indipendente”, il cui intervento
è appunto approssimativamente indipendente dal valore della
corrente di attivazione.
Inoltre, sempre nell’intento di ridurre gli effetti del corto circuito, si
utilizzano dispositivi del tipo “limitatore” i quali interrompono la corrente
prima che raggiunga il valore massimo: si riduce così sia l’intensità
di corrente sia il tempo di circolazione della stessa, e quindi l’energia
associata al guasto.
fonte:
PanEL
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