Premessa
L'argomento della protezione degli impianti da sovracorrenti e cortocircuiti è di importanza fondamentale. Non per niente ed è una delle domande più frequenti che arrivano nei vari forum di impianti elettrici, il nostro compreso, soprattutto da parte di nuovi installatori o progettisti alle prime armi. Ripeterlo perciò non fa male di certo perché non tutti sono già esperti. Qua è là, anche in questo sito,tra D&R articoli e topic, i concetti sono già esposti, ma nemmeno riunirli per un ripasso può far male. Almeno lo speriamo.
Protezione da sovracorrenti e cortocircuiti
Un'intensità di corrente superiore alla portata di un cavo provoca un innalzamento della temperatura che danneggia l'isolamento. L'innalzamento di temperatura può essere graduale fino ad assestarsi ad un valore costante, che non distrugge subito il cavo ma ne riduce la durata nel tempo, nel caso di correnti di poco superiori alla portata, dette sovracorrenti; rapidissimo e tale da raggiungere valori che distruggono immediatamente l'isolamento nel caso di cortocircuiti, che altro non sono che violente correnti di intensità in genere di un ordine di grandezza superiore alle sovracorrenti.
La protezione da sovraccarico di un cavo si ottiene rispettando le condizioni:
Ib <= In< =Iz
If <= 1,45*Iz
dove:
- Ib è la corrente di impiego: è la corrente la linea deve trasportare. Si calcola con Ib=P/(k*U*cosfì) dove P è la potenza attiva dei carichi alimentati calcolata in base ai loro fattori di impiego e di contemporaneità, U la tensione nominale, cosfì il fattore di potenza con k=1 per linea monofase e k=1,73 per linea trifase.
- In è la corrente nominale del dispositivo di protezione, interruttore o fusibile.
- Iz è la portata del cavo, determinata secondo tabelle in base al cavo impiegato ed al tipo di posa
- If è la corrente che assicura l'effettivo funzionamento del dispositivo di protezione
If è un dato del dispositivo impiegato, quindi
è fornita insieme alle sue caratteristiche, né più né meno della corrente
nominale. C'è comunque osservare che If è strettamente legata alla In.
Le norme per gli interruttori magnetotermici, CEI 17-5 (interruttori
regolabili) e CEI-23-3 (interruttori non regolabili), stabiliscono che la If
per i non regolabili sia
inferiore od uguale ad 1,45*In e, per i regolabili, che If sia minore od uguale a 1,35*Ir o 1,25*Ir , a seconda che
la corrente nominale sia minore o maggiore di 63 A, dove Ir è
la corrente di taratura (il cui valore massimo è ovviamente In). Se
dunque si sceglie un interruttore automatico di corrente nominale minore od
uguale ad Iz, si è certi di soddisfare anche la condizione che sia If<=1,45*Iz.
Non c'è dunque la necessità di calcolare o sapere If.
Per i fusibili invece si ha: If<= k*In dove k=1,9 ooppure 1,75 oppure 1,6 a seconda In sia: compresa tra 4 e 10 A; tra 10 e 25 A; superiore a 25 A. Quindi la seconda disuguaglianza si scrive k*In<=1,45*Iz, cioè In<=(1,45/k)*Iz. La prima delle disuguaglianze, che consente di scegliere il fusibile adatto, diventa perciò:
- Ib<=In<=(1,45/k)*Iz, quindi Ib<=In<=0,763*Iz se In è tra 4 e 10 A;
- Ib<=In<=0,828*Iz se In è compresa tra 4 e 25 A;
- Ib<=In<=0,9*Iz se In è maggiore di 25 A.
fig. 1: Posizione reciprocadelle correnti per la protezione da sovraccarico
Il cortocircuito si verifica quando le parti attive, per una qualsiasi ragione, vengono direttamente in contatto. Ciò dà luogo ad una sovracorrente improvvisa e di elevata intensità che risulta limitata unicamente dall'impedenza equivalente vista dal punto di guasto. Tale impedenza la si può suddividere tra l'impedenza interna del generatore e l'impedenza della linea. All'inizio della linea l'unica impedenza di limitazione è quella del generatore ed in quel punto si ha la massima corrente di cortocircuito. All'estremità della linea la corrente di cortocircuito è inferiore. Il dispositivo di protezione deve essere in grado di proteggere correttamente la linea in entrambi i casi. Esso deve avere perciò un potere di interruzione maggiore della corrente di cortocircuito massima presunta nel punto di installazione (si dice presunta in quanto è quella che si verificherebbe in assenza completa di protezione). Inoltre deve anche essere soddisfatta la condizione
I2*t<=K2*S2
(detta dell'"iquadrotì" dal primo membro dell'espressione)
- t è il tempo di intervento della protezione
- I è il valore efficace della corrente da interrompere
- S la sezione della linea (mm2)
- K un coefficiente che
dipende dall'isolante (se il cavo è in rame: K=115 (PVC); K=135( gomma
butilica) K=146( gomma etilenpropilenica)
Calcolare le correnti di cortocircuito non è un compito che si possa risolvere in poche righe. Ad ogni modo si vuole qui fornire anche l'idea di quali sono le linee generali da seguire.
In genere l'ente fornitore dà il valore della corrente di cortocircuito nel
punto di consegna. Le correnti di cortocircuito nei sottoquadri interni vanno
calcolate. E' possibile calcolare anche quella data dal fornitore se si
conoscono le caratteristiche della linea di alimentazione. Generalmente si
calcola la corrente del cortocircuito trifase netto, che è la più elevata.
Teoricamente "basta" ricorrere al teorema di Thevenin: la corrente di
cortocircuito in un punto dell'impianto è il rapporto tra la tensione di fase a
vuoto in quel punto e l'impedenza equivalente vista dai morsetti di guasto.
Quest'ultima dipende dall'impedenza interna dell'alimentazione del fornitore,
che è il rapporto tra la tensione a vuoto e la corrente di cortocircuito
fornita, e dall'impedenza della linea che alimenta il sottoquadro, se questo è
derivato dal quadro generale, impedenze che risultano in serie. In ogni sottoquadro
la corrente di cortocircuito risulta ridotta rispetto a quella presente sul
quadro generale, tanto più quanto maggiore è l'impedenza della linea. Sui testi
di impianti elettrici si possono trovare i procedimenti dettagliati. La norma
tecniche di riferimento sono: CEI 11-25 e la CEI 11-28.
NB:Quando le potenze in gioco sono rilevanti si
può in genere trascurare la resistenza. Si considerano le potenze di
cortocircuito (VA) dei vari elementi in serie. La corrente di cortocircuito nel
punto P sarà Icc,P= Scc,P/(1,73*U) con U tensione
concatenata). Ad esempio, nota la Scc,QG al quadro generale, se SL è la potenza di cortocircuito della linea che alimenta il sottoquadro
(approssimativamente è SL=U2/XL dove XL reattanza della linea), la potenza di cortocircuito nel sottoquadro è
Scc,Q= 1/(1/Scc,QG+ 1/SL)