Premessa

Torno ancora a parlare di impianti di produzione di energia elettrica, argomento sempre molto gettonato, visto l’interesse per la produzione di energia da fonti rinnovabili, anche se per riflettere su un tema specifico, ovvero quello delle correnti di corto circuito.

Un passo indietro

Prima di guardare alle problematiche di dettaglio dell’inserimento di un impianto di generazione elettrica in una rete pubblica, analizziamo in generale il problemi di sicurezza che pone un qualunque impianto elettrico.

Un impianto elettrico pone essenzialmente tre tipi di problemi di sicurezza : quello dei contatti diretti ed indiretti, ovvero la sicurezza delle persone, quello dei sovraccarichi, ossia il pericolo di incendio, e quello del corto circuito, ovvero il pericolo di ferire persone, incendiare impianti e distruggere apparecchiature.

Il corto circuito è quindi l’evento più nefasto che può accadere su di un impianto elettrico, e questo perché in una frazione di secondo nel punto del guasto si libera una enorme quantità di energia, tale da deformare sbarre di rame, far esplodere quadri elettrici, innescare incendi e danneggiare macchine rotanti e trasformatori.

Ricordo, a proposito di corto-circuito, un paio di eventi accaduti a PortoMarghera e provocati dal più classico degli incidenti di cantiere, ovvero quello della scavatrice che “ruspa” un cavo interrato : nel primo un autotrasformatore 10/20kV finì completamente distrutto (gli avvolgimenti si sono contorti tra loro), mentre nel secondo fu danneggiato il rotore di un alternatore da decine di Megawatt, e danneggiato il relativo quadro 6kV di distribuzione. Certo che ci sono correnti di corto circuito e... correnti di corto circuito !

Per fare un esempio di correnti di corto circuito prendiamo gli impianti di Bassa Tensione : nella rete di distribuzione domestica urbana tipicamente la corrente di corto-circuito si attesta intorno ai 4,5 kA, mentre nei grossi quadri di distribuzione industriale si attesta intorno ai 20 kA, con punte di 50kA. Come si vede sono ordini di grandezza diversi che conseguono a problemi diversi e soprattutto "preoccupazioni" molto differenti.

Piu' basse sono le correnti di corto-circuito in un impianto elettrico, più tutti dormiranno sogni tranquilli, dal progettista al manutentore.

Le Sorgenti

La corrente di corto circuito ha origine nel generatore che alimenta l’impianto elettrico, il quale può erogare correnti elevatissime in presenza di un circuito con impedenza trascurabile, tra due o tre fasi. Nello stabilimento industriale con la propria cabina MT/BT, tipicamente non occorre guardare anche la rete, ma basta guardare al proprio trasformatore, la cui corrente di corto circuito nel lato Bassa Tensione è facilmente calcolabile rapportando la corrente nominale alla Vcc%.

Ad esempio un trasformatore con corrente nominale al secondario di 909 A e con la Vcc=6%, potrà erogare una corrente di corto circuito trifase ai suoi morsetti bt pari a 15,1 kA.

Certamente la presenza di cavi tra la sorgente ed il punto in cui avviene il corto circuito provoca una limitazione alla corrente di corto circuito stessa, per cui in ogni punto dell'impianto la corrente di corto sarà diversa, proprio in virtù della diversa lunghezza dei cavi.

Anche i generatori rotanti hanno una propria corrente di corto-circuito, che si calcola come per i trasformatori, ma rapportandola alla REATTANZA SUBTRANSITORIA, un parametro che fornisce il costruttore dell’alternatore, e individuata dalla sigla Xd”.

Può essere indicata in p.u. (per unit), ad esempio 0,12 , oppure in percentuale, ad esempio 14,3%. Ricordo infine che anche i motori asincroni contribuiscono alla corrente di corto circuito di un impianto elettrico. Sempre prendendo come esempio un grande stabilimento industriale, nel momento "malaugurato" in cui avvenisse un corto-circuito in qualunque punto dell'impianto BT, questo sarebbe alimentato oltre che dalla rete attraverso ill trasformatore, anche dall’energia magnetica immagazzinata nei motori elettrici, la quale si “scaricherebbe” immediatamente dal motore verso il punto del corto circuito.

Il modello AC che ENEL Distribuzione chiede al momento dell’allacciamento di un utente in Media Tensione, tra le altre cose serve anche per valutare l’eventuale contributo alla corrente di corto circuito dei motori elettrici dello stesso utente.

Attenzione che quando si parla di Corrente di Corto Circito si intende quella Presunta, in quanto si tratta di un valore teorico, ossia calcolato, e che quindi può differire da quello reale.

Come limitarle

Per limitare le correnti di corto circuito, ed i conseguenti danni che potrebbero provocare, ci sono numerose metodologie che il progettista può adottare. In primo luogo si utilizzano interruttori automatici o fusibili ad intervento rapido che interrompono il circuito interessato dal corto circuito prima che la corrente assuma valori elevatissimi. In secondo luogo si possono applicare alcuni semplici accorgimenti in fase di progettazione dell’impianto elettrico, come quello di adottare più trasformatori di taglia inferiore invece che un unico trasformatore di grande potenza. E’ anche possibile chiedere al fabbricante di costruire un trasformatore o un alternatore con una Vcc% o Xd” elevati, in modo da avere correnti di corto circuito più basse. Queste scelte implicano comunque delle controindicazioni, come ad esempio minore stabilità della tensione, e maggiori perdite. In casi estremi si possono comunque installare dei limitatori di corrente di corto-circuito, che dal punto di vista elettrotecnico sono delle reattanze (praticamente cavi avvolti su spire, che sono installati su bobine in aria oppure in olio).

I problemi della rete pubblica

Nella rete pubblica di Media Tensione, esercita in Italia per la maggior parte da ENEL Distribuzione, le correnti di corto-circuito sono standardizzate al valore di 12,5kA; in realtà questo è il valore massimo che puo' essere raggiunto, in particolare per gli utenti molto vicini alla Cabina Primaria (CP) ossia al trasformatore AT/MT. In pratica con questa "formula" ill distributore elettrico assicura i suoi utenti che il valore di tale corrente non supererà mai il valore standardizzato, per cui i dispositivi di interruzione quando dimensionati per 12,5 kA sono sufficienti per interrompere qualsiasi tipo di guasto. La corrente di Corto-Circuito quindi non deve superare mai questo valore, in nessun punto della rete, pena la possibile “distruzione” delle apparecchiature elettriche degli utenti qualora dovessero aprire in una condizione di guasto. Da notare che i quadri di Media Tensione maggiormente diffusi sono proprio di questo tipo, ossia assicurano una "robustezza" tale da sopportare il transito di una corrente di corto-circuito di 12,5 kA (per 1 secondo). Allo stesso modo gli interruttori vengono forniti con Potere di Interruzione di 12,5 kA (anche se la maggior parte di quelli installati ha PdI=16kA), in modo da essere sempre in grado di interrompere anche il guasto con la condizione più sfavorevole.

I problemi degli autoproduttori

Veniamo ora al problema della corrente di corto circuito in relazione alla connessione alla rete di impianti di produzione. Collegare alla rete pubblica un impianto di produzione significa infatti, oltre che l'immissione di energia attiva, connettere un ulteriore dispositivo che contribuisce con le sue caratteristiche elettromeccaniche, alla corrente di corto circuito sulla rete. Per gli impianti Fotovoltaici, Eolici o altri che comunque producono energia mediante dispositivi elettronici (inverter), il problema non si pone, visto che i dispositivi elettronici non erogano correnti maggiori del 10% della corrente nominale, e quindi il loro contributo alla corrente di corto circuito si può ritenere trascurabile, se non perfino nullo, in quanto si disattivano in presenza di un marcato calo della tensione sulla rete. Ben diversa invece la situazione degli impianti costituiti dal macchine rotanti, ovvero alternatori (sincroni o asincroni). Queste infatti in presenza di un corto circuito sulla rete contribuiscono (con la loro reattanza subtransitoria) ad alimentarlo, peggiorando la sicurezza della rete elettrica. In pratica le macchine rotanti “aggiungono” corrente di corto circuito a quella già disponibile nella rete. Spetta quindi al produttore indicare in sede di richiesta di connessione, che contributo apportera' con il proprio impianto alla corrente di corto circuito, calcolando tale valore a partire dai dati di targa dell’alternatore. Il gestore/distributore deve quindi verificare se l’inserimento di un produttore in un determinato punto della rete non determina lo sforamento del valore limite di 12,5 kA (tipicamente ridotto del 20% come margine di sicurezza), causando pericolo agli altri utenti, ed in particolare a quelli più vicini ai generatori. E' per questo che talvolta gli impianti di produzione devono essere collegati direttamente alla Cabina Primaria tramite una linea di Media Tensione dedicata, o meglio detta in Antenna, che permette al distributore di gestire al meglio queste situazioni.

Come detto prima il calcolo per gli alternatori rotanti è di semplice esecuzione.