Definizioni

Corrente nominale : I_n

E' la corrente che può attraversare l'interruttore per un tempo indefinito senza che l'interruttore subisca alcun tipo di danno

Corrente di cortocircuito presunta: I_cp

E' la corrente che fluirebbe nel circuito in assenza dell'interruttore (cioè con i poli del dispositivo di protezione cortocircuitati con un conduttore ideale di impedenza nulla). E' ad essa che devono riferirsi le caratteristiche di interruzione dell'interruttore anche se ogni interruttore in realtà interromperà una corrente inferiore. E' quindi il vero riferimento per gli interruttori che potrebbero essere installati nello stesso punto.

Potere di interruzione nominale in cortocircuito: I_cn

E' il valore della corrente di cortocircuito presunta nel punto di installazione che l'interruttore, nelle specificate condizioni di frequenza, tensione nominali e fattore di potenza di cortocircuito in corrente alternata o costante di tempo in continua (specificati in tabella), è in grado di interrompere in maniera accettabile. La corrente di cortocircuito presunta è quella che si avrebbe a regime, quindi è sottinteso che può essere qualsiasi la componente unidirezionale (vedere il pragrafo sui riferimenti teorici).

Icn ( kA)	cosφcn	τcn(ms)
	0,9	5	1,42
	0,8	5	1,47
	0,7	5	1,53
	0,5	5	1,7
	0,3	10	2
	0,25	15	2,1
50 < Icn	0,2	15	2

L'interruttore deve essere in grado di effettuare 2 o 3 operazioni di apertura secondo le sequenze O-t-CO oppure O-t-CO-t-CO dove C sta per chiusura ed O apertura mentre t rappresenta un intervallo di tre minuti o superiore se il riarmo dell'interruttore lo richiede.

Per gli interruttori ad uso industriale in realtà i poteri di interruzione nominali sono due e dipendono dall'"accettabilità" dell'interruzione:

Potere di interruzione estremo in cortocircuito: I_cu

E' il più alto valore della corrente di cortocircuito presunta (u=ultimate) che l'interruttore è in grado di interrompere e di richiudere secondo la manovra O-t-CO (apertura, tempo di ritardo, richiusura e riapertura). Le condizioni di lavoro sono le stesse indicate per I_cn. Dopo tale manovra però l'interruttore è in grado di svolgere solo parzialmente il suo servizio e deve essere sostituito.

Potere di interruzione di servizio in cortocircuito: I_cs

La definizione è simile a quella di I_cu con due differenze:

• la manovra che l'interruttore deve superare è O-t-CO-t-CO, una chiusura e riapertura in più quindi
• Dopo il superamento della sequenza l'interruttore deve essere in grado di riprendere normalmente il suo servizio di protezione.

E' evidente che dovrà essere . Il rapporto tra i due valori può essere: 0,25; 0,5; 0,75; 1.

Potere di chiusura nominale in cortocircuito: I_cm

E' il valore del picco della corrente presunta di cortocircuito che l'interruttore è in grado di stabilire, tenendo conto anche della componente unidirezionale. Tale valore è messo in rapporto ad I_cu e le norme fissano, per tale rapporto, un valore minimo come riportato nella tabella precedente. Se il costruttore non specifica I_cm si può considerare come potere di chiusura quello che si ricava applicando i coefficienti della tabella. Il costruttore è libero però di scegliere un potere di chiusura maggiore di quello minimo ed in tal caso lo dichiara tra le caratteristiche.

Da osservare che in continua deve essere I_cm = I_cu

Corrente ammissibile di breve durata: I_cw

E' il valore della corrente presunta di cortocircuito che può essere sopportata senza danni dall'interruttore per un tempo stabilito, dopo il quale l'interruttore è in grado di interromperla effettuando la sequenza O-t-CO rimanendo integro (w sta per withstand=resistere).

Da questo punto di vista gli interruttori si dividono in due categorie A e B.

Categoria B

Sono gli interruttori specificatamente previsti per ottenere la selettività in cortocircuito

• per gli interruttori con si ha
• per gli interruttori con si ha

Il ritardo è in genere scelto dal costruttore tra i valori, in secondi: 0,05 - 0,1 - 0,25 - 0,5 - 1.

Il ritardo consente la selettività in condizioni di cortocircuito tra dispositivi in serie. L'interruttore infatti rimane chiuso per il tempo stabilito permettendo all'interruttore in cascata, a valle del quale si è verificato il corto, di interromperlo. Viene perciò assicurata la continuità del servizio alle linee non interessate dal corto. L'interruttore interviene solo se il dispositivo interessato direttamente dal corto non dovesse intervenire nel tempo prefissato di ritardo.al dispositivo in serie, a valle del quale si è verificato il corto, di interromperlo, mentre il dispositivo a valle mantiene l'alimentazione per le altre linee. Solo se il dispositivo interessato dal corto non dovesse intervenire nel tempo stabilito come ritardo.

Categoria A

Sono gli interruttori non previsti per ottenere la selettività in cortocircuito. Non sono perciò caratterizzate da una I_cw né da un tempo di ritardo intenzionale dell'intervento. Possono avere un ritrardo di intervento ma non rispeto al cortocircuito ed una corrente ammissibile di breve durata inferiore a quella della categoria B.

Perché tante correnti?

La domanda sorge spontanea, ma si intuisce anche la risposta. La cosa più semplice sarebbe che ce ne fosse una sola, pari al valore massimo. Tecnicamente è anche possibile ottenerla ma i costi per gli interruttori sono tanto maggiori quanto maggiore è il potere di interruzione. In un impianto importante con molti interruttori il loro costo non è un fattore secondario e perciò il progettista deve saper scegliere la soluzione funzionalmente più che accettabile ma che, nel contempo, sia la più economica possibile.

Un interruttore generale dovrà assicurare nel miglior modo la continuità del servizio. Esso allora è bene che sia scelto con una I_cs maggiore od uguale alla corrente di cortocircuito presunta e coincidente con la I_cu. Inoltre importante è pure la selettività da assicurare in caso di cortocircuito rispetto agli interruttori a valle, quindi e bene che rientri nella categoria B.

Gli interruttori a protezione di linee la cui continuità di servizio non è una condizione prioritaria, saranno scelti in modo cheI_cu sia superiore alla corrente di cortocircuito presunta, ma possono avere una I_cs anche pari a 0,25I_cu con sensibile contenimento dei costi.

Per questi ultimi si pone però il problema di decidere se debbano essere sostituiti, dopo un loro intervento. Si richiede pertanto un'attenta analisi di ciò che è avvenuto, da parte del personale qualificato che controlla l'impianto. La sostituzione avverrà o meno in seguito ad attente valutazioni. C'è però da aggiungere che con gli interruttori di nuova generazione, veri e propri computer ormai, tutto viene registrato: intensità di corrente, operazioni effettuale oltre alle tarature impostate ed altre informazioni. Il compito del tecnico risulta quindi molto facilitato.

Per gli interruttori per uso domestico e similare il potere di cortocircuito specificato è quello estremo. Quello di servizio coincide con esso per valori di I_cn minori di 6 kA, mentre è la metà per correnti maggiori di 10 kA (con minimo di 7,5 kA) ed i tre quarti, con un minimo di 6 kA perI_cn comprese tra 6 e 10 kA.

Un esempio

SACE Isomax S7

con

Sganciatore elettronico PR212/P

Lo sganciatore elettronico permettono di stabilire la caratteristica di intervento settando mediante switch alcune correnti tipiche;

• I₁ per la funzione L:protezione da sovraccarico con caratteristica a tempo lungo inverso a tempo dipendente iquadratoti=costante);
• I₂ per la funzione S:intervento ritardato in cortocircuito con energia passante costante (tempo breve inverso) o no (tempo indipendente).protezione da sovraccarico con caratteristica a tempo lungo inverso a tempo dipendente; la funzione può essere esclusa:OFF
• I₃ per la funzione I:protezione in cortocircuito istantanea (che può anche essere esclusa:OFF);
• I₄ per la funzione G:protezione contro guasto a terra con caratteristica a tempo dipendente breve inverso * iquadratoti=costante); può essere esclusa:OFF)

Taratura dello sganciatore

Caratteristica di intervento: parametri

• funzione L
  • 
• funzione S
  • 
  • tempo dipendente
• funzione I
  • 
• funzione G:OFF

Caratteristica di intervento C, che definisce i tempi di intervento:

• t₁=12 s per I=6xI₁=4,8 I_n=7,68 kA
• t₂=0,25 s per I=8xI_n=12,8 kA

Caratteristica di intervento programmata

L'intervento istantaneo avviene per correnti superiori ai 16 kA in 40 ms. L'intervento per sovraccarico per correnti superiori a 1.280 A con caratteristica a tempo inverso fino a 6,4 kA con estremi di 300 s e 18 s per correnti rispettivamente appena superiori a 1.280 A ed appena inferiori di 6.400 A. Superati i 6.400 A il tempo di intervento diventa di 1 s per correnti appena superiori, per arrivare, con caratteristica a tempo inverso che mantiene costante l'iquadrotì, a poco meno di 200 ms alla soglie della corrente di intervento istantaneo, di 16 kA, oltre la quale il tempo di intervento è minore di 40 ms (22 ms a Icu=100 kA).

Se la corrente di cortocircuito è inferiore ai 50 kA, dopo il cortocircuito l'interruttore è in grado di riprendere il normale servizio; per correnti superiori, ma inferiori ai 100 kA, è necessaria la manutenzione o l'eventuale sostituzione. Correnti superiori ai 100 kA non possono essere interrotte.

Il riferimento teorico: circuito R-L

I cortocircuiti che si verificano negli impianti elettrici sono di tipo ohmico-induttivo. La schematizzazione per una fase è dunque la serie di resistenza ed induttanza alimentata dalla tensione di fase. Il circuito di riferimento è il seguente

u(t) = U_Msin(ωt + β)

Nel regime variabile immediatamente conseguente al corto l'equazione da considerare, per il secondo principio di Kirchhoff è:

la cui soluzione è

:Corrente di cortocircuito presunta

è il valore efficace della componente permanente, corrispondente al primo addendo dell'equazione della corrente. Il secondo è la componente unidirezionale transitoria, il cui valore iniziale dipende dalla fase iniziale della tensione, cioè dal valore di β

Nel seguente grafico sono tracciate tutte le componenti della corrente di cortocircuito, normalizzate rispetto alla I_cp. Il fattore di potenza è cosφ_c = 0,242

• blu: corrente di cortocircuito istantanea effettiva:
• verde: corrente di cortocircuito a regime permanente :
• cyan: componente transitoria:
• magenta: valore efficace della componente permanente:
• rosso: picco massimo:

Script Scilab

Il precedente grafico è tracciato dal seguente script Scilab. E' possibile copiarlo ed incollarlo nella finestra di Scilab 4.1.2 e modificare i parametri (resistenza, reattanza, fase della tensione, frequenza; ed anche il valore della tensione (ininfluente però ai fini del grafico, essendo quest'ultimo normalizzato))

//Parametri del cortocircuito R-L
//grafici Sicurezza elettrica di V. Carrescia pag.465-473 148-150
txt=['Tensione U=';'frequenza f=';'Resistenza (milliohm): R=';
'Reattanza (milliohm) X=';'fase della tensione (gradi) beta='];
linea=evstr(x_mdialog('Dati della linea',txt,['230';'50';'1';'4';'15']));
EM=linea(1)*sqrt(2);
betarad=linea(5)*%pi/180;
R=linea(3)/1000;
X=linea(4)/1000;

w=2*%pi*linea(2);
L=X/w;

e=%e*1;
tau=L/R;
phi=atan (w*tau);
t=[0:0.01:100]/1000;
IM=EM/(sqrt(R^2+X^2))/1000;
Icp=IM/sqrt(2);
U=EM*sin(w*t-betarad);
i=IM*(sin(w*t-phi+betarad)+e^(-t/tau)*sin(phi-betarad))/Icp;
ip=IM*(sin(w*t-phi+betarad))/Icp;
it=IM*e^(-t/tau)*sin(phi-betarad)/Icp;
ipicco=max(i)*ones(i);
iccpresunta=ones(i);
plot2d(t*1000,ip, style=3);
plot2d(t*1000,i,style=2);
plot2d(t*1000,it,style=4);
plot2d(t*1000,ipicco,style=5);
plot2d(t*1000,iccpresunta,style=6);

//Manipolazione grafico
grafico=gce();
grafico.parent.grid=[1,1];
assi=gca();
assi.x_label.text='ms';
assi.y_label.text='i / Icp';
assi.y_label.font_size=4;
assi.x_label.font_size=4;
figura=gcf();
figura.figure_name="Corrente di cortocircuito in circuito R-L normalizzata ad Icc presunta"

La Norma di riferimento

• CEI EN 60947-2 - Class. CEI 17-5 - CT 17 - Fascicolo 8917 - Anno 2007 - Edizione Ottava
  • Apparecchiature a bassa tensione
  • Parte 2: Interruttori automatici

Bibliografia

Gli interruttori automatici Giovanni Cantarella TNE- agosto - 2005	Fondamenti di SICUREZZA ELETTRICA Vito Carrescia Ed. TNE	Complementi di impianti elettrici Lorenzo Fellin Ed. Diade

Catalogo tecnico Interruttori Isomax S ABB