Scelta dell'interruttore

Per la protezione del gruppo elettrogeno dalle sovracorrenti si usa un interruttore automatico magnetotermico. I fusibili non sono in genere utilizzati in quanto le correnti di cortocircuito non assumono valori molto elevati. Quando possibile si fa ricorso ad un interruttore estraibile, comodo per il sezionamento e l'eventuale sostituzione.

L'interruttore deve essere chiuso solo quando il gruppo è in grado di erogare potenza. Lo scopo è raggiunto con l'impiego di una bobina di chiusura alimentata dal gruppo stesso. L'apertura deve invece poter avvenire anche quando il gruppo non sta funzionando. La bobina di apertura è perciò normalmente alimentata dai servizi ausiliari.

E' importante ricordare che l'interruttore deve essere tarato in base alle esigenze del gruppo che solo il costruttore conosce con precisione. Quindi l'installatore impiantista deve accertarsi che la taratura sia stata effettuata in fabbrica o richiedere, in caso contrario, di avere dal costruttore tutte le specifiche per una corretta taratura.

Nel caso in cui l'installatore decida di usare l' interruttore di macchina per proteggere la linea in partenza, eventuali modifiche della taratura dell'interruttore devono essere fatte solo in senso più restrittivo, per non copromettere la protezione del gruppo.

Protezione dai sovraccarichi

L'interruttore deve poter proteggere sia il motore che aziona l'alternatore dal sovraccarico che l'alternatore stesso dalle sovracorrenti.

Il motore è in genere caratterizzato dalla potenza meccanica P fornita all'abero dell'alternatore, mentre l'alternatore dalla potenza apparente S_n. In genere se si parla delle potenza del gruppo elettrogeno senza ulteriore specificazione ci si riferisce alla potenza attiva (kW) che l'alternatore può fornire ad un carico induttivo con fattore di potenza cosf =0,8. Lo si può vedere anche dalla tabella tecnica sotto riportata, facendo il rapporto tra i kW ed i kVA. Le sigle PRP ed LTP designano due tipi di potenza previsti dalle norme ISO 8528.

• PRP: Prime Powr è la potenza massima che il generatore può fornire con carico variabile ed in servizio continuo secondo le condizioni ambientali e di ciclo di lavorazione stabilite dal costruttore. La potenza media in un giorno non deve superare, in genere, il 70% della PRP.
• LTP: Limited Time runnig Power: è la potenza massima costante erogabile nelle condizioni stabilite dal costruttore per un numero massimo di 500 ore annue.

Le condizioni standard di riferimento per le potenza sono:

• pressione atmosferica: 1000 bar
• temperatura ambiente: 25 °C
• umidità relativa: 30%

L'alternatore va protetto dal sovraccarico e dal cortocircuito.

Per la protezione dal sovraccarico basta fare riferimento alla corrente nominale dell'alternatore:

I_n=S_n /(1,73*U_n)

dove U_n è la tensione nominale.

La corrente che determina il sicuro intervento dell'interruttore entro un'ora, I_h, deve essere inferiore alla corrente nominale aumentata del 10% che è in genere il sovraccarico permesso per tale periodo di tempo all' alternatore.

I_h<= 1,1*I_n

Tale corrente per gli interruttori non regolabili, trattati dalla CEI 23-3/1, con corrente nominale minore od uguale a 63 A è uguale al 45% della sua corrente nominale (I_h = 1,45*I_n) mentre per gli interruttori di calibro maggiore di uso industriali, trattati dalla CEI 17-5, va letta direttamente sulla caratteristica di interevento fornita dal costruttore. Deve cioè essere

Impostando questo valore di corrente si protegge, come detto, l'alternatore. Non è però detto che risulti protetto il motore. Per esso infatti occorre far riferimento alla potenza attiva che, a parità di corrente erogata dall'alternatore è tanto maggiore quanto maggiore è il fattore di potenza del carico. La correnteI_h deve in tal caso soddisfare la relazione

I_h<= 1,1*P / 1,73*U*cos f

essendo P la potenza nominale del motore, per il quale si ammette tollerabile per un'ora un sovraccarico del 10% , U la tensione dell'alternatore e cos f il fattore di potenza del carico che si intende proteggere. Le due correnti coincidono se si fa riferimento alla potenza del gruppo elettrogeno in base in quanto detto in precedenza. In caso contrario la corrente di taratura sarà quella più bassa. La potenza di targa dell'alternatore potrebbe essere infatti maggiore di quella per la quale sarà utilizzato.

Non è superfluo osservare che per un fattore di potenza maggiore la taratura precedente è insufficiente come protezione del motore, mentre per uno inferiore risulta intempestiva.

Potere di interruzione

Per la scelta del potere di interruzione e di chiusura dell'interruttore (vedere la definizione dei parametri per gli interruttori) si deve far riferimento alla corrente massima presunta di cortocircuito. Per il calcolo delle correnti di cortocircuito ai morsetti di un alternatore si usano le reattanze della macchina: subtransitoria, transitoria e sincrona.

Come mostrato in tabella le varie reattanze sono fornite come dati della macchina in valore percentuale (o relativo che è il percentuale diviso 100) . Per trovare il valore in ohm si deve moltiplicare per il quadrato della tensione concatenata e dividere per la potenza apparente: X = x*U²/S. Ad ogni modo, senza entrare nei particolari dei calcoli, le correnti di cortoicircuito nei diversi casi si possono ottenere come 'multipli' la corrente nominale, dipendenti dalle reattanze. Le correnti che interessano sono la subtransitoria e la transitoria perché sono queste le correnti che l'interruttore deve essere in grado di aprire, la prima se non è ritardato, la seconda se lo è. In tabella sono illustrati i casi fondamentali

La massima corrente di cortocircuito ai morsetti è dunque quella tra fase e neutro, quindi l'interruttore deve avere un potere di interruzione ad essa superiore se non è ritardato:

I_cu >= I_k1' '= (1,4/x'')*I_n

Se invece è ritardato deve essere maggiore la corrente di breve durata:

I_cw>=I_k1'' = (1,4/x'')*I_n

mentre il potere di interruzione deve essere superiore alla corrente transitoria fase-neutro:

I_cu>= I_k1'=(1,5/x')*I_n .

Il potere di chiusura dell'interruttore deve essere maggiore del doppio del picco della corrente di cortocircuito subtransitoria fase-neutro:

I_cm>= 2,82* I_k1''= (3,95 / x'')*I_n

NB: In genere gli interruttori automatici che hanno una corrente nominale pari a quella dell'alternatore hanno tutti i parametri che soddisfano alle relazioni precedenti in quanto, rispetto ai trasformatori di pari potenza, le correnti di cortocircuito massime sono sensibilmente inferiori.In genere, ad esempio, per generatori di potenza maggiore di 200 kVA la corrente subtransitoria fase-neutro è al massimo di 12 volte la corrente nominale mentre per i trasformatori si arriva a 25.

Per la protezione dalla minima corrente di cortocircuito in genere è sufficiente che la soglia di intervento magnetico dell'interruttore, I_m, sia di tre volte la corrente nominale dell'alternatore

I_m <= 3* I_n = 1,73*S/U

dove S ed U sono, al solito, rispettivamente la potenza apparente e la tensione nominale dell'alternatore.

Bibliografia

Gruppi elettrogeni - ed. TNE