CAPITOLO VII PROTEZIONE DEGLI IMPIANTI DI DISTRIBUZIONE CONTRO LE SOVRACORRENTI

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1 CAPTOLO V PROTEZONE DEGL MPANT D DSTRBUZONE CONTRO LE SOVRACORRENT L'mpanto elettrco d dstrbuzone, dmensonato con le regole precedentemente esamnate acendo rermento a condzon d unzonamento normal, deve essere protetto contro l'nsorgere d sovracorrent, ntendendo per sovracorrente ogn corrente superore a quella prevsta nella ase d modellazone dell'mpanto nelle condzon normal. Le sovracorrent possono essere causate da un sovraccarco o da un corto crcuto. La corrente d sovraccarco è una sovracorrente che s stablsce n un crcuto elettrcamente sano. La corrente d corto crcuto è una sovracorrente prodotta da un guasto, normalmente d mpedenza trascurable, tra due punt del crcuto che presentano una derenza d potenzale nel servzo normale. n genere, le corrent d sovraccarco sono d valore modesto, mentre quelle d corto crcuto sono molto pù elevate. Per la protezone contro le sovracorrent vengono dusamente mpegat, alternatvamente, sstem d protezon chamat: nterruttor automatc e usbl. Caratterstche d ntervento de sstem d protezone a) nterruttor automatc Un nterruttore automatco è un sstema che, quando è attraversato da una corrente elevata, nterrompe (medante un organo d manovra che prende l nome d nterruttore ) automatcamente l crcuto n cu è nstallato, su comando de propr relè o sgancator (parte ntellgente del sstema d protezone), secondo una caratterstca d ntervento tempocorrente. Un esempo d tale caratterstca è rportato nella g. 1. Per tempo d ntervento, o d apertura, s ntende l tempo ntercorrente tra l'stante n cu la corrente raggunge l valore d unzonamento degl sgancator e l'stante n cu contatt (d'arco) dell'nterruttore rsultano separat su tutt pol. Gl sgancator che comandano l'apertura dell'nterruttore sono n genere d due tp: termco e magnetco. Per sovracorrent d debole ntenstà è lo sgancatore termco a provocare l'ntervento dell'nterruttore, secondo temp tanto pù brev quando pù grande è la corrente (caratterstca a tempo nverso). Per sovracorrent d elevato valore, è lo sgancatore magnetco a provocare l'apertura "stantanea" dell'nterruttore, ossa senza rtardo ntenzonale. Le norme non stablscono la orma che deve avere la caratterstca d'ntervento, ma solo alcune porte entro cu deve essere contenuta. Una d queste porte è delmtata dalla corrente convenzonale d non ntervento ( n ) e dalla corrente convenzonale d ntervento ( ). La corrente convenzonale d non ntervento ( n ), è quel valore speccato d corrente che non provoca, n condzon determnate, l'ntervento dell'nterruttore per un ntervallo d tempo convenzonale.

2 - V/2 - La corrente convenzonale d ntervento, ( ), è quel valore speccato d corrente che provoca, n condzon determnate, l'ntervento dell'nterruttore entro un ntervallo d tempo convenzonale. Fg. 1. Esempo d caratterstca d ntervento d un nterruttore automatco Nella tabella 1 sono ndcat valor delle corrent n e n unzone della corrente nomnale per gl nterruttor rspondent alle Norme CE 23-3 e della corrente d regolazone per gl nterruttor regolabl rspondent alle Norme CE Tabella 1 - Valor della corrente convenzonale d ntervento () e d non ntervento (n) n unzone della corrente nomnale, o d regolazone, degl nterruttor automatc. nterruttor automatc Regolabl (CE 17-5) Non regolabl (CE 23-3) n Tempo convenzonale r 63 A r > 63 A N 1,13 N 1,05 r 1,05 r 1,45 N 1,35 r 1,25 r 1h 1h 2h b) Fusbl Per usbl valgono consderazon analoghe a quelle svolte per gl nterruttor automatc, sebbene n esso non è possble dstnguere scamente l relè dal dspostvo d manovra, essendo quest ultm ntegrat n un unco sstema d protezone (appunto, l usble). Un usble apre l crcuto n temp tanto pù pccol quanto pù grande è la corrente che lo attraversa, secondo una propra caratterstca d ntervento (g. 2).

3 - V/3 - Fg.2. Esempo d caratterstca d ntervento d un usble d corrente nomnale compresa tra 10 e 25 A Per tempo d prearco d un usble s ntende l tempo ntercorrente tra l'stante d nzo della corrente e l'stante n cu ha nzo l'arco elettrco conseguente alla usone dell'elemento usble. Anche per usbl s denscono le corrent convenzonal d non usone ( n ) e d usone ( ), con sgncato analogo a quello ndcato per gl nterruttor. valor delle corrent e n e de temp convenzonal varano con la corrente nomnale N. Ess sono ndcat nella tabella 2. Tabella 2 - Valor della corrente convenzonale d usone () e d non usone (n) n unzone della corrente nomnale de usbl. N n Tempo convenzonale 4 A < N 10 A 1,5 N 1,9 N 1h 10 A < N 25 A 1,4 N 1,75 N 1h 25 A < N 63 A 1,3 N 1,6 N 1h

4 - V/4 - Scelta del sstema d protezone contro l sovraccarco L'apparecchatura contro l sovraccarco può essere posta n un punto qualsas del crcuto. Rcordando che con N, B e Z sono state ndcate la corrente nomnale del sstema d protezone, la corrente d'mpego del crcuto ( *) e la portata del cavo, rspettvamente, deve essere: B N Z (1) l sstema d protezone contro l sovraccarco deve, natt, essere adatto a portare con contnutà la corrente d mpego, che normalmente lusce nel crcuto, senza dar luogo a ntervent ntempestv; essa, noltre, non deve consentre l permanere d corrent superor alla portata. La condzone (1) sarebbe sucente a ndvduare la corrente nomnale del sstema d protezone, se questo ntervensse per corrent d poco superor alla propra corrente nomnale N. D atto l sstema d protezone ntervene, n modo certo solo per corrent ugual o superor alla corrente convenzonale d ntervento. Se s assume N = Z, le corrent comprese tra N e costtuscono un sovraccarco per l cavo; esse potrebbero, peraltro, non essere ma nterrotte, dando luogo ad un sovraccarco permanente (g. 3). Se s assume = Z, nessuna corrente superore alla portata può permanere per un tempo ndento. Così acendo, aumenta però l dvaro tra la corrente d'mpego del crcuto B (che deve essere nerore a N ) e la portata Z ; ne consegue che l cavo, che può portare la corrente Z, è utlzzato solo alla corrente B d gran lunga nerore (g. 3 ). Un compromesso tra scurezza ed economa è stato trovato n sede normatva (CE 64-8) ammettendo che possa superare Z, n modo che B possa avvcnars a Z, ma non d molto; deve essere soddsatta la condzone (g. 3 ): 1, 45 (2) Z n dentva, un sstema d protezone delle condutture contro sovraccarco è scelto secondo le norme quando soddsa entrambe le condzon B N Z 1, 45 Queste condzon non sono ndpendent tra loro, ma legate dal rapporto N / varable con l dspostvo d protezone, scché le condzon necessare e sucent per asscurare la protezone contro l sovraccarco sono dverse, secondo che l crcuto sa protetto da un nterruttore automatco o da un usble. Z (*) S densce corrente d'mpego B del crcuto, la corrente da prendere n consderazone per la scelta de component del crcuto. l valore d questa corrente dpende ovvamente dalla potenza degl apparecch utlzzator, dal numero e dalla corrente nomnale delle prese che l crcuto almenta.

5 - V/5 - Fg. 3. Scelta della corrente nomnale dell apparecchatura per la protezone della conduttura contro l sovraccarco a) nterruttor automatc Secondo la tabella 1, per gl nterruttor automatc s ha 1,45 N ; se pertanto è soddsatta la condzone N Z, a maggor ragone lo è anche la (2). Un crcuto con corrente d'mpego B e con cavo d portata Z s consdera pertanto protetto contro sovraccarco da un nterruttore automatco se è:

6 - V/6 - N Z b) Fusbl Per usbl l rapporto N come ndcato nella tabella 1.2. vara secondo la corrente nomnale N del usble stesso, l mnmo rapporto N vale 1,6; la condzone (2) dventa percò: N 1, 4 5 1, 6 Z e rsulta pertanto sovrabbondante l'ulterore condzone N Z. Le condzon alle qual deve soddsare la corrente nomnale del usble per la protezone contro sovraccarco d un crcuto, con corrente d'mpego B e cavo d portata Z, sono ndcate nella tabella 3. Tabella 3 - Condzon alle qual deve soddsare la corrente nomnale N d un usble atto alla protezone contro sovraccarco. Corrente nomnale del usble Condzon da soddsare 4 A < N 10 A B N 0,763 Z 10 A < N < 25 A B N 0,828 Z 25 A < N B N 0,9 Z Scelta del sstema d protezone contro l corto crcuto L'apparecchatura contro l corto crcuto deve essere posta all'nzo del crcuto. Essa deve avere un potere d nterruzone non nerore alla corrente d corto crcuto presunta nel punto d nstallazone. Deve, nne, ntervenre con una rapdtà tale che l'solante del cavo non raggunga la massma temperatura d corto crcuto θ M. n consderazone della rapdtà d ntervento de dspostv d protezone contro corto crcuto, s può trascurare lo scambo termco tra l cavo e l'ambente crcostante e supporre

7 - V/7 - che tutto l calore svluppato dalla corrente d corto crcuto vada ad aumentare la temperatura del conduttore (enomeno adabatco). Un conduttore d resstvtà r, lunghezza l, sezone S, calore specco rerto all'untà d volume c, attraversato dalla corrente per l tempo dt, subsce un ncremento d temperatura dθ tale da soddsare l blanco termco: l ρ θ S 2 dt = S l c d Se s ndca con: t l tempo che l dspostvo d protezone mpega ad nterrompere la corrente d corto crcuto (tempo d'nterruzone) 1, θ la temperatura nzale del conduttore quando s verca l corto crcuto, θ la temperatura nale che l conduttore raggunge dopo l corto crcuto, ntegrando s ottene: o t dt = d c S 2 θ θ θ ρ n consderazone della orte escursone termca la resstvtà ρ non può essere consderata costante con la temperatura; essa vale: ρ = ρ o (1 + αθ) dove ρ o è la resstvtà a 0 C e α l relatvo coecente d varazone con la temperatura. L'ntegrale assume la orma: dt= o t 2 c S ρ o 2 θ θ dθ 1+ α θ Posto 1 + αθ = y, s ha: dθ dy θ θ α θ α θ = 1 α θ α α θ = y α ln 1 + α θ donde: 1 Dall'stante d nzo del corto crcuto la corrente lusce attraverso l sstema d protezone per tutto l tempo che questa mpega ad aprre contatt se è un nterruttore automatco (tempo d'ntervento o d apertura), o a ondere se è un usble (tempo d prearco). n entramb cas s orma successvamente un arco, durante l quale lusce ancora corrente nel crcuto. l tempo d nterruzone, o d unzonamento, è la somma del tempo d apertura (nterruttor automatc), o d prearco (usbl), e del tempo d'arco (tempo tra l'stante d nzo e l'stante d estnzone nale dell'arco).

8 - V/8 - t 2 dt 0 = cs αρ αθ ln 1+ αθ L'solante non deve superare la massma temperatura d corto crcuto θ M stablta nelle norme per la buona conservazone del cavo. Gl solant termoplastc non devono superare la temperatura d rammollmento, n genere 160 C. Per gl solant elastomerc è stablta una temperatura massma d C che corrsponde, nel tempo medamente mpegato per elmnare l corto crcuto, ad una perdta d vta del cavo d crca 0,1% della durata d vta del cavo stesso. Poché l'solante a contatto con l conduttore assume la temperatura del conduttore stesso, se s vuole che al termne del corto crcuto l'solante non super la temperatura θ M, n ogn caso, deve essere: t 2 0 dt 2 2 K S (3) essendo K l coecente dento dalla relazone: 2 K = c α ρ α θ ln M (4) 1 + α θ l prmo termne della (3) è l'ntegrale d Joule esteso al tempo d nterruzone (o energa specca, o energa passante); l secondo termne rappresenta l'energa specca tollerable dal cavo. Nella tabella 4 sono ndcat alcun valor d K, nell'potes che all'stante nzale d corto crcuto l cavo s trov alla massma temperatura d servzo θ = θ s. Se l cavo ha una temperatura nzale nerore alla massma temperatura d servzo θ s, perché, quando s verca l corto crcuto, è percorso da una corrente nerore alla portata relatva alle sue condzon d'nstallazone, valor d K ndcat nella tabella 4 sono a avore della scurezza. Se l cavo non è volutamente utlzzato alla sua portata, e qund ha certamente una temperatura nzale θ < θ s, l coecente K può essere drettamente calcolato dalla (4); n tutt gl altr cas s a rermento alla tabella 4. Nella tabella 5 sono ndcat valor d c, α e ρ 0 d alcun materal conduttor, necessar per calcolare l coecente K. t 2 l termne dt è denomnato ntegrale d Joule, energa specca o nne energa 0 passante. Energa specca, poché rappresenta l'energa svluppata dalla corrente d corto crcuto su un conduttore d resstenza untara. Energa passante perché è rappresentatva dell'energa che lusce attraverso l dspostvo d protezone, prma che questo nterrompa la corrente d corto crcuto.

9 - V/9 - l termne K 2 S 2 ndca l'energa specca tollerable n condzon adabatche da un cavo costtuto d un certo materale conduttore (c, ρ o, α ), d sezone S, solato con un determnato solante (θ M ) e avente una temperatura nzale denta (θ ). Tabella 4 - Valor del coecente K (CE 64-8) Natura dell'solante Materale conduttore Rame Allumno PVC (θ o = 70 C; θq = 160 C) Gomma naturale (θ o = 60 C; θ = 220 C), gomma butlca (θ o = 85 C; θ = 220 C) Gomma etlenproplenca, poletlene retcolato (θ o = 85 C; θ = 250 C) 146 (1 ) 94 (1) (1) Se le gunzon saldate a stagno, s applcano valor K soprandcat per l PVC, perché le gunzon non sopporterebbero le temperature corrspondent a valor d K superor. Tabella 5 - Coecente d temperatura (α), resstvtà a 0 C (ρo) e calore specco medo per untà d volume (c) de materal conduttor d comune mpego. Materale α c ρo ( C -1 ) (J/ C mm 3 ) (Wmm) Rame 4, , , Allumno 4, , , Pombo 4, , , Accao 4, , , Da rlevare che l'energa specca tollerable dal cavo n condzon adabatche:

10 - V/10 - aumenta con l quadrato della sezone, e questo perché all'aumentare della sezone dmnusce, con la resstenza, l calore prodotto dalla corrente e nel contempo aumenta la capactà termca del cavo; non dpende dalle condzon d posa del cavo, propro perché è trascurable lo scambo termco con l'ambente crcostante. Per un certo tpo d corto crcuto, al varare del punto d corto crcuto, camba la corrente e l corrspondente tempo t che l sstema d protezone mpega ad aprre l crcuto. l problema è quello d stablre qual sono le condzon pù gravose a n della sollectazone termca del cavo; e queste naturalmente dpendono dalla caratterstca d'ntervento del sstema d protezone. Se l sstema d protezone è un usble, s ha la stuazone della g. 4: l cavo è protetto contro corto crcuto per tutte le corrent superor a m. Occorre n questo caso, pertanto, vercare che la pù pccola corrente d corto crcuto che può nstaurars sa superore a m, essendo la pù pccola corrente d corto crcuto che può nstaurars quella corrspondente, per una lnea trase, ad un corto crcuto ase - ase n ondo alla lnea e, per una lnea trase con neutro ( *), quella corrspondente ad un corto crcuto ase - neutro sempre n ondo alla lnea. Se l sstema d protezone è un nterruttore automatco, s ha la stuazone della g. 5: l cavo è protetto per tutte le corrent comprese tra p e q. Occorre n questo caso, pertanto, vercare che la corrente pù grande che può avers nel crcuto (coè quella corrspondente ad un corto crcuto trase mmedatamente a valle dell'nterruttore) sa mnore d q e quella pù pccola (coè quella consderata nel caso del usble) sa maggore d p. Nelle condzon precedent s è consderato l'mpego d un usble o d un nterruttore automatco scelto per proteggere solo dal corto crcuto. Bsogna osservare che se l usble o l'nterruttore automatco vene scelto per proteggere l crcuto anche contro l sovraccarco, la verca alla mnma corrente d corto crcuto non è pù necessara, n quanto per corrent neror alla mnma corrente d corto crcuto la temperatura massma d cortocrcuto M non vene scuramente raggunta. (*) Se l conduttore d neutro ha sezone mnore d quella del conduttore d ase, la condzone (3) deve essere ovvamente rerta al conduttore d neutro.

11 - V/11 - Fg. 4. L energa passante attraverso un usble è messa a conronto con l energa specca tollerable da un cavo n condzon adabatche. Fg. 5. L energa passante attraverso un nterruttore automatco è messa a conronto con l energa specca tollerable da un cavo n condzon adabatche.