Come si dimensiona un cavo La portata I z del cavo deve essere sempre maggiore della corrente di impiego I b dell utilizzatore. Circuito monofase: I b

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1 PROTEZIONE DELLE CONDUTTURE CONTRO LE Dispersioni di corrente vs Sovracorrenti L interruttore differenziale, opportunamente coordinato con l impianto di terra, costituisce un efficace protezione delle persone contro le dispersioni di corrente. L interruttore magnetotermico costituisce un efficace protezione dell impianto contro le sovracorrenti.

2 Come si dimensiona un cavo La portata I z del cavo deve essere sempre maggiore della corrente di impiego I b dell utilizzatore. Circuito monofase: I b = P 230 cosϕ Circuito trifase: I b = P cosϕ U dove P è la potenza attiva e cosφ il fattore di potenza dell utilizzatore. I b < I z La portata I z del cavo La portata del cavo dipende dalla sua sezione, dal tipo di isolante (PVC, EPR) e dalla modalità di posa. Un conduttore percorso da corrente si porta, dopo un breve transitorio, ad una temperatura T c maggiore della temperatura ambiente T a. A regime, tutto il calore sviluppato per effetto Joule viene disperso nell ambiente.

3 Grafico Temperatura-tempoempo T t L isolante I materiali isolanti subiscono un degrado nel tempo, tanto più intenso quanto maggiore è la loro temperatura. La durata di vita dell isolante (alla temperatura T c ) è il tempo per cui esso può sopportare in modo continuativo tale temperatura, prima che le sue caratteristiche elettriche e meccaniche decadano a un livello inaccettabile.

4 Temperatura massima di funzionamento Per ogni tipo di isolante è definita una temperatura massima T m che non deve essere superata, per assicurare al cavo una conveniente durata. Per cavi in gomma EPR di qualità G7 T m = 90 C vita di circa 30 anni. Per cavi in PVC T m = 70 C vita di circa 20 anni. La durata di vita diminuisce all aumentare della temperatura

5 Definizione di sovracorrente Sovracorrente: ogni corrente che supera la portata I z del cavo. Se la corrente che percorre il cavo non supera la portata, T c resta minore di T m (temperatura massima di funzionamento); quando invece si verifica una sovracorrente il cavo raggiunge una nuova temperatura di regime, maggiore di T m. Ogni evento di sovracorrente accorcia la vita del cavo (rispetto a quella che il cavo avrebbe potuto avere, se la sua temperatura si fosse sempre mantenuta al di sotto di T m ). Grafico Temperatura-tempoempo T T m t

6 Le sovracorrenti si dividono in: correnti di SOVRACCARICO sovracorrente che si verifica in un circuito elettricamente SANO correnti di CORTOCIRCUITO sovracorrente che si verifica in seguito a un GUASTO di impedenza trascurabile fra due punti tra i quali esiste tensione in condizioni ordinarie di esercizio Sovraccarichi Vs Cortocircuiti SOVRACCARICHI CORTOCIRCUITI ASPETTI QUANTITATIV ASPETT TI QUALITATI IVI INTENSITA' < 10 I z >> 10 I z DURATA Dai secondi alle ore Millisecondi FENOMENO Diabatico Adiabatico IMPIANTO Sano Guasto

7 Grafico Temperatura-tempoempo T T m t Possibili cause di un sovraccarico Avviamento di un motore asincrono (la corrente di avviamento va da 6 a 10 volte la corrente nominale e la durata del sovraccarico può arrivare a parecchi secondi). Inserzione di trasformatori (picchi anche di 15 volte la corrente nominale, con una durata di circa un secondo). Accensione a freddo di molte lampade ad incandescenza o alogene (picchi di corrente da 10 a 20 volte la corrente nominale, dovuti al fatto che la resistenza del filamento è a temperatura ambiente, mentre a regime supera 2000 C; la durata però è di circa un decimo di secondo). Blocco del rotore di un motore. Numero eccessivo di utilizzatori in derivazione sulla stessa linea. Attenzione: un sovraccarico mal gestito può dare origine ad un cortocircuito, per affaticamento degli isolanti.

8 Sovraccarico NOTA BENE: nel funzionamento normale la temperatura dell isolante dei cavi non supera il valore massimo ammissibile (70 C per PVC 90 C per EPR) corrente di impiego I b portata I z lungo il circuito non è presente alcun guasto di isolamento nel funzionamento in sovraccarico la temperatura dell isolante dei cavi supera il valore massimo ammissibile e, a lungo andare, ne causa il degrado corrente di sovraccarico > portata I z la corrente di sovraccarico si manifesta in tutta la tratta della conduttura la corrente di sovraccarico non è in genere molto elevata Cortocircuito POSSIBILI CAUSE: errore di collegamento cedimento degli isolanti In caso di cortocircuito la temperatura dell isolante dei cavi supera notevolmente il valore massimo ammissibile e, in tempi brevi, ne causa il degrado. NOTA BENE: corrente di cortocircuito I cc >> portata I z lungo il circuito è presente un guasto (di isolamento) guasto di un apparecchio danno meccanico ai cavi la corrente di cortocircuito si manifesta a monte del punto di guasto, non a valle la corrente di cortocircuito può essere molto elevata (anche diversi ka)

9 In sintesi Se il cavo subisce un sovraccarico eccessivo o un cortocircuito può surriscaldarsi e danneggiarsi. In particolare si danneggia l isolante del cavo, che perde le sue caratteristiche elettriche e meccaniche, e riduce la sua vita. Per impedire questo, il cavo deve essere protetto con un idoneo dispositivo di interruzione, che, in caso di sovracorrente, sia in grado di aprire automaticamente il circuito. Dispositivi di interruzione RELE TERMICO MAGNETOTERMICO FUSIBILE

10 CARATTERISTICHE GENERALI DELLE PROTEZIONI I n = corrente nominale Valore massimo di corrente che, percorrendo la protezione, non ne provoca mai l intervento. In genere si usano valori standardizzati: per i magnetotermici per i fusibili A A CARATTERISTICHE GENERALI DELLE PROTEZIONI Per correnti di poco superiori a quella nominale, il dispositivo di protezione o non interviene oppure interviene dopo un tempo eccessivo ( affaticamento dell isolante). I f = corrente di funzionamento Valore minimo di corrente che, percorrendo la protezione, ne provoca sicuramente l intervento entro un tempo convenzionale: 1 ora per protezioni con I n 63 A 2 ore per protezioni con I n > 63 A Il valore di I f è direttamente proporzionale alla corrente nominale I n del dispositivo, secondo un coefficiente che dipende dal tipo di protezione (magnetotermico oppure fusibile).

11 CARATTERISTICHE GENERALI DELLE PROTEZIONI P.I. = potere di interruzione Valore massimo di corrente (tipicamente di cortocircuito) che la protezione è in grado di interrompere. In genere si usano valori standardizzati (magnetotermici: 1,5 3 4, ka). NOTA BENE: i fusibili hanno un potere di interruzione più elevato dei magnetotermici (anche 100 ka). normali abitazioni terziario e industria Fusibile: struttura Il fusibile apre il circuito nel quale è inserito mediante la fusione di una sua parte (l elemento fusibile), interrompendo così la corrente. Base del fusibile (o portafusibile): parte fissa provvista dei terminali per il collegamento al circuito. Portacartuccia: parte che fornisce l alloggiamento del fusibile all interno della base (non sempre presente). Cartuccia: parte mobile che comprende l elemento fusibile vero e proprio e un eventuale agente spegniarco (sabbia di silice), il tutto racchiuso in un involucro di porcellana, vetro o ceramica; la cartuccia va sostituita ad ogni intervento del dispositivo. Elemento fusibile: fili o piattine realizzate in apposite leghe conduttrici (di piombo, stagno, argento, ) che, per effetto Joule, possono riscaldarsi fino alla fusione.

12 Fusibile: funzionamento Un fusibile interrompe un cortocircuito in due tempi: prearco e arco. Durante il tempo di prearco l elemento fusibile si riscalda sempre di più, fino alla fusione che lo separa in due parti. Si crea così un arco elettrico, che consente ancora il passaggio della corrente all interno del dispositivo (tempo di arco). Tuttavia, a questo punto, la temperatura ha raggiunto valori talmente elevati (anche 2000 C nei fusibili per uso industriale) da attivare l agente spegniarco: la sabbia inizia a fondere, assorbendo così calore e raffreddando di conseguenza l arco elettrico; inoltre la fusione della sabbia fa aumentare la resistenza elettrica del fusibile. In questo modo la corrente inizia a diminuire, e anche la temperatura decresce: la sabbia fusa si solidifica, spegnendo completamente l arco elettrico. Fusibile: vantaggi e svantaggi VANTAGGI rapidità d'intervento (per cortocircuito) elevato potere d'interruzione dimensioni ridotte costo limitato SVANTAGGI necessità di sostituzione ad avvenuto intervento tempi elevati di sostituzione necessità di ricambi identici non assicura l apertura contemporanea delle 3 fasi

13 Fusibile: tipologie Fusibili gg (marchiati in nero) Sono fusibili per uso generale: proteggono sia dai deboli che dai forti sovraccarichi, e naturalmente dai cortocircuiti. Fusibili am (marchiati in verde) La sigla sta per accompagnamento motore : sono fusibili progettati per resistere ai sovraccarichi che si hanno all avviamento dei motori. Per questa ragione, proteggono solo dai forti sovraccarichi e dai cortocircuiti. Devono essere obbligatoriamente associati ad un relè termico, per fornire anche la protezione dai deboli sovraccarichi. Fusibile: curve di intervento (gg) t (s) 3600 curva di prearco curva di funzionamento 1 ora = tempo convenzionale ZONA DI NON INTERVENTO fascia d intervento del fusibile (incertezza) 0,01 I N I F I (A)

14 Analisi delle curve di intervento Le curve di intervento dei fusibili sono a tempo inverso: quanto più grande è la sovracorrente, tanto più piccolo sarà il tempo di intervento. Tipicamente il grafico delle curve di intervento (non solo dei fusibili) ha entrambi gli assi in scala logaritmica. I n = corrente nominale I f = corrente di funzionamento Analisi delle curve di intervento La curva di prearco (non sempre fornita dal costruttore) fornisce l intervallo di tempo che intercorre tra l inizio della sovracorrente e l istante in cui fonde l elemento fusibile con formazione dell arco. La curva di funzionamento fornisce invece l intervallo di tempo che intercorre tra l inizio della sovracorrente e l istante in cui questa è interrotta (tempo di funzionamento = tempo di prearco + tempo di arco). L intervento del fusibile può verificarsi per ogni coppia di valori tempo-corrente compresa nella zona delimitata dalle curve di prearco e di funzionamento. Come si vede dal grafico delle curve di intervento, questa incertezza per correnti di cortocircuito è di fatto trascurabile.

15 Magnetotermico: struttura aria calda in uscita relè termico relè magnetico lamina bimetallica leva di comando relè magnetico (posizione aperto) contatto fisso camera spegniarco contatto mobile (posizione aperto) aria fresca in entrata Magnetotermico: funzionamento Gli interruttori magnetotermici, oltre ad effettuare le normali operazioni di apertura e chiusura del circuito, sono in grado di aprirsi in modo automatico se si verificano dei sovraccarichi o dei cortocircuiti. cortocircuiti. Questo comportamento è ottenuto tramite l impiego di due relè, il cui intervento è comandato rispettivamente dall aumento del campo magnetico e dall aumento della temperatura:: da ciò deriva il nome di interruttori temperatura magnetotermici.

16 Il relè termico: struttura T funzionamento a tempo inverso temperatura di intervento della lamina T i lato con maggiore coef. di dilatazione graffetta di collegamento Il relè termico: funzionamento E generalmente costituito da una lamina bimetallica, cioè da una lamina realizzata con due metalli affiancati aventi diversi coefficienti di dilatazione termica. A temperatura ambiente la lamina assume una forma rettilinea e i contatti del dispositivo rimangono chiusi. Con l aumentare della temperatura (dovuto alla circolazione di una corrente di sovraccarico) uno dei due metalli si allunga più dell altro, determinando così l incurvamento della lamina e la conseguente apertura dei contatti. La velocità d intervento, dipendendo da un transitorio di natura termica, non sarà molto elevata, ma si capisce che potrà essere tanto maggiore quanto più grande sarà il valore della corrente di sovraccarico (funzionamento a tempo dipendente inverso).

17 Il relè magnetico Il relè magnetico è costituito da una bobina che, percorsa dalla corrente, produce un campo magnetico in grado di attirare un nucleo ferromagnetico. Non appena la corrente supera quella stabilita per l intervento, la forza esercitata sul nucleo ferromagnetico diventa maggiore di quella (contraria) esercitata dalle molle antagoniste, che hanno il compito di assicurare la chiusura dei contatti. Quando questa condizione si verifica, e cioè forza magnetica sul nucleo > forza elastica delle molle si ha un apertura velocissima dei contatti. Qui il tempo di apertura, a differenza di quanto succede nel relè termico, è sostanzialmente indipendente dal valore della sovracorrente, purchè essa abbia superato il valore stabilito come soglia (funzionamento a tempo indipendente). Magnetotermico: curve d intervento 3600 curva a freddo 1 ora = tempo convenzionale relè termico ZON NA DI NON INTERVENTO curva a caldo relè magnetic o I F I N I m1 I m2

18 Analisi delle curve di intervento Le curve di intervento dei magnetotermici sono suddivisibili in due zone: alle basse sovracorrenti (sovraccarico sovraccarico) interviene il relè termico (con una risposta a tempo inverso), alle alte sovracorrenti (cortocircuito) interviene il relè magnetico (con una risposta a tempo indipendente). L asse delle correnti (oltre ad essere in scala logaritmica) è tipicamente normalizzato alla corrente nominale I n. Correnti di intervento: I n = corrente nominale I f = corrente di funzionamento del relè termico I m1 = minima corrente che può far intervenire il relè magnetico I m2 = minima corrente che fa certamente intervenire il relè magnetico Analisi delle curve di intervento Il tempo d intervento del relè termico dipende dalla temperatura iniziale della lamina bimetallica. Se, prima dell inizio del sovraccarico, la lamina era: alla temperatura ambiente T a, il tempo d intervento sarà maggiore (curva a freddo); ad una temperatura maggiore di T a, il tempo d intervento sarà minore (curva a caldo). Anche per l intervento del relè magnetico viene fornito un intervallo [I m1,i m2 ] di tolleranza. L intervento del magnetotermico può verificarsi per ogni coppia di valori tempo-corrente compresa tra le due curve. Come si vede dal grafico delle curve di intervento, questa incertezza per correnti di corto circuito è di fatto trascurabile.

19 Magnetotermico: vantaggi e svantaggi VANTAGGI ripristino tramite semplice riarmo assicura l apertura contemporanea delle 3 fasi dimensioni standard modulari SVANTAGGI potere d interruzione non particolarmente elevato costi molto superiori rispetto ai fusibili Magnetotermico: tipologie (B,C,D) Le tre curve B, C e D si differenziano per i limiti della corrente d intervento del relè magnetico. La curva d intervento del relè termico è, invece, comune a tutti e tre i tipi.

20 Magnetotermico: tipologie (B,C,D) Tipo B C D Limiti della corrente di intervento (relè magn.) I m1 I m2 3 I n 5 I n 5 I n 10 I n 10 I n 20 I n Adatto a proteggere carichi puramente resistivi (o con basse correnti di spunto) grandi lunghezze di cavi modeste correnti di cortocircuito (vedi II legge di Ohm) carichi misti, resistivi o limitatamente induttivi, con medie correnti di spunto (impianti domestici) carichi fortemente induttivi con elevate correnti di spunto (motori, trasformatori) Esempio di lettura delle curve d intervento

21 Esempio di lettura delle curve d intervento Supponiamo I n = 25 A. 1. Se I b = 20 A, allora I I b n 20 = = 0,8 25 Questa non è una sovracorrente. 2. Se I b = 50 A, allora I I b n 50 = = 25 2 Questo è un sovraccarico. 3. Se I b = 750 A, allora I I b n 750 = = Questo è un cortocircuito. Il magnetotermico non interviene, perché la corrente di impiego I b è minore della sua corrente nominale I n. Interviene il relè termico, in un tempo com- preso tra 20 secondi (curva a caldo) e 200 secondi (curva a freddo). Interviene il relè magnetico, in un tempo di circa 10 millisecondi. Dati di targa dei magnetotermici nome del produttore tipo di curva (B,C,D) potere di interruzione (A) legrand C 25 ~ 400 V 6000 codice del prodotto corrente nominale (A) tensione nominale (V)

22 Sovraccarichi: coordinamento cavo--protezione cavo Per una corretta protezione del cavo dal sovraccarico deve valere la relazione: 2 cavo 3 Ib In Iz dispositivo di protezione 1 1. Ib deve essere minore o uguale a Iz perché il cavo deve avere una portata almeno pari alla corrente d impiego del circuito circuito.. 2. Il dispositivo di protezione deve essere in grado di portare con continuità la corrente Ib del circuito (senza dar luogo a interventi indesiderati), perciò Ib deve essere minore o uguale alla sua corrente nominale In. 3. Infine, il dispositivo di protezione non dovrebbe consentire il permanere di correnti superiori alla portata Iz del cavo cavo.. Questo significa che deve valere anche la relazione In Iz. Esempio di dimensionamento Per realizzare un circuito con Ib = 16 A si sceglie un cavo N07V 07V-K (PVC) di sezione 2,5 mm2, posato in un canale contenente 8 cavi cavi.. Dalla tabella a fianco si ricava una portata Iz = 15 A. La stessa tabella suggerisce una pro pro-tezione magnetotermica con In = 10 A (nel rispetto della condizione In Iz). Purtroppo questo dimensionamento non è corretto, perché non verifica la condizione Ib In. Bisogna aumentare la sezione del cavo fino a 4 mm2, ottenendo Iz = 19, 19,5 A e In = 16 A. In questo modo la relazione Ib In Iz è soddisfatta, infatti 16 A = 16 A < 19,5 A.

23 Correnti comprese tra I n e I f cavo dispositivo di protezione La relazione I b I n I z sarebbe sufficiente ad individuare la corrente nominale del dispositivo di protezione, se questo intervenisse anche per correnti di poco superiori a I n. In realtà, il dispositivo interviene in modo certo solo per correnti maggiori della corrente di funzionamento I f. Le correnti comprese tra I n e I f costituiscono un sovraccarico per il cavo e potrebbero non essere mai interrotte (sovraccarico permanente). Facciamo un esempio: consideriamo un cavo di portata 20 A protetto con un fusibile da 20 A (per cercare di sfruttare il più possibile la portata disponibile). La relazione I n I z risulta rispettata, ma il fusibile interviene sicuramente solo per correnti superiori a I f = I n 1,6 = 32 A! Condizione di massima sicurezza cavo dispositivo di protezione Se si vuole che qualunque corrente superiore a I z venga sicuramente interrotta, deve essere soddisfatta la condizione: I f = I z (condizione di massima sicurezza). Così, però, aumenta il divario tra la corrente di impiego I b (che deve essere inferiore a I n ) e la portata I z del cavo. Ne consegue che il cavo, che potrebbe portare I z, è utilizzato solo fino ad una corrente I b di gran lunga inferiore. Riprendiamo l esempio precedente: il cavo di portata 20 A dovrebbe essere protetto da un fusibile con una I f pari a 20 A e, quindi, con una corrente nominale I n = I f : 1,6 = 12,5 A. Per cui bisognerebbe utilizzare un fusibile da 12 A. Questo porterebbe ad un sotto utilizzo del cavo.

24 Compromesso tra sicurezza e sfruttamento del cavo La norma CEI 64-8 consente di realizzare un buon compromesso tra sicurezza e sfruttamento del cavo (e quindi costo dell impianto!). Questa norma permette a I f di superare I z, ma solo fino a un massimo del 45% in più della portata. In altre parole, si tollera un leggero sovraccarico, per consentire a I b di avvicinarsi a I z. Bisogna, però, che le correnti di sovraccarico comprese tra I z e I f, per le quali la protezione potrebbe non intervenire, si presentino raramente e rientrino in tempi brevi al di sotto di I z. In definitiva, un dispositivo di protezione contro il sovraccarico deve soddisfare entrambe le seguenti condizioni: RELAZIONI DI COORDINAMENTO I b I n I z I f 1,45 I z cavo dispositivo di protezione Coordinamento con magnetotermico Le due relazioni di coordinamento appena viste, tra dispositivo di protezione dal sovraccarico e cavo, non sono indipendenti tra loro. I vari dispositivi, infatti, presentano un ben determinato rapporto I f / I n tra la corrente di funzionamento e quella nominale. Per i magnetotermici ad uso domestico, conformi alle norme CEI, questo rap- porto vale proprio 1,45, cioè risulta: I f = 1,45 I n Poiché la prima relazione di coordinamento impone che sia I n I z, la seconda relazione (I f 1,45 I z ) è sempre automaticamente verificata. Questo è vero anche per i magnetotermici ad uso industriale, per i quali il rapporto I f / I n risulta ancora più piccolo. I (A)

25 Coordinamento con fusibile Nel caso dei fusibili il rapporto I f / I n non è sempre costante, ma cambia al variare della corrente nominale. Purtroppo, però, il suo valore risulta in tutti i casi maggiore di 1,45. Quindi, con i fusibili, è necessario controllare che sia verificata anche la seconda relazione di coordinamento (I f 1,45 I z ). I n I f Coordinamento 4 A < I n 10 A 10 A < I n 25 A 1,9 I n I b I n 0,76 I z 1,75 I n I b I n 0,83 I z I n > 25 A 1,6 I n I b I n 0,91 I z I (A) Come sono state determinate queste relazioni di coordinamento? Protezione dal sovraccarico: magnetotermici Vs fusibili La protezione da sovraccarico mediante magnetotermico è a norme, se risulta verificata la relazione di coordinamento I b I n I z La protezione da sovraccarico mediante fusibile è a norme, se risultano verificate le relazioni di coordinamento I b I n I z I f 1,45 I z che possono anche essere riassunte nell unica relazione I b I n k I z dove k < 1 è un coefficiente il cui valore dipende dalla corrente nominale del fusibile (vedi l ultima colonna nella tabella della pagina precedente). Come si vede, l'uso dei fusibili comporta un sotto utilizzo del cavo rispetto ai magnetotermici. Il cavo protetto dal sovraccarico mediante fusibili, infatti, non può essere impiegato alla sua massima portata, ma ad una portata ridotta almeno del 9% (fusibili con I n > 25 A).

26 Esempio di dimensionamento SIA DATA UNA LINEA TRIFASE CON NEUTRO AVENTE LE SEGUENTI CARATTERISTICHE: PROTEZIONE CONTRO IL SOVRACCARICO corrente di impiego I b = 28 A portata I z = 41 A isolamento: PVC sezione S = 6 mm 2 tensione concatenata V = 400 V I b I n I z I f 1,45 I z CON MAGNETOTERMICI: I n = 32 A oppure I n = 40 A A A CON FUSIBILI: I n = 32 A A I f = 1,6 32 = 51,2 1,451,45 41 = 59,5 A MA NON E IDONEO I n = 40 A, poiché pur essendo A risulta però I f = 1,6 40 = 64 > 59,5 A Cortocircuiti: I ccmax I ccmax Il valore della corrente di cortocircuito presunta nel punto d installazione del contatore deve essere richiesto all ente fornitore. Può anche essere dedotto, tramite apposite tabelle, note: la potenza del trasformatore trifase presente nella cabina MT/BT, la lunghezza dei cavi di distribuzione fino al contatore, e la loro sezione. A partire da questo valore, è poi possibile ricavare la massima corrente di cortocircuito (I ccmax ), che si ha quando il guasto è localizzato subito a valle del dispositivo di protezione dell impianto.

27 Cortocircuiti: I ccmin I ccmin La minima corrente di cortocircuito (I ccmin ) si ha quando il guasto è localizzato a fine linea, cioè subito a monte dell utilizzatore. Allora, se trascuriamo l induttanza della linea, la I ccmin per un cortocircuito fase-neutro vale: ρ = resistività del conduttore Iccmin = = R 2l l = lunghezza della linea (metri) linea ρ S S = sezione del cavo (mm 2 ) In realtà questa formula va corretta, per tener conto del calo della tensione nominale (che si verifica in caso di cortocircuito ed è stimabile intorno al 20%) e del forte riscaldamento del conduttore (che ne aumenta la resistività di circa il 50%): I cc min 0,8 230 = l 1,5 ρ S S l Prova a calcolare I ccmin con i seguenti dati: S = 2,5 mm 2, l = 25 m. Bilancio termico del cavo Il dispositivo di protezione dal cortocircuito deve intervenire con una rapidità tale da impedire che l'isolante del cavo possa superare la sua temperatura limite T lim (160 CC per PVC, 250 C per EPR). Proprio in considerazione di questa rapidità d intervento, si può trascurare lo scambio termico tra il cavo e l'ambiente circostante, e supporre che tutto il calore sviluppato dalla corrente di cortocircuito vada ad aumentare la temperatura del cavo (fenomeno adiabatico). Energia prodotta da Icc per effetto Joule prima che il dispositivo intervenga Massima energia che il cavo può assorbire prima di raggiungere la temperatura limite Tlim

28 Bilancio termico del cavo Se indichiamo con I il valore efficace della corrente di cortocircuito, con t il tempo d intervento della protezione, con c la capacità termica per unità di volume del cavo, e con T i la temperatura iniziale del cavo prima del cortocircuito, la relazione presentata nella pagina precedente può essere riscritta nel seguente modo: ( potenza tempo d'intervento) ( capacità termica volume salto termico) ρ l S RI I I t t t c Sl ( T c Sl ( T c ( T ρ lim lim lim T ) i T ) i T ) S i 2 I 2 t K 2 S 2 Cortocircuiti: coordinamento cavo-protezione E NECESSARIO CHE LA PROTEZIONE POSSIEDA: I n I b P.I. I ccmax I 2 t K2 S 2 Energia passante: rappresenta l energia che la protezione lascia passare tra l istante di guasto e la definitiva apertura della linea (I2 t) è anche chiamato integrale di Joule : I = corrente di cortocircuito t = tempo di intervento la corrente nominale della protezione non sia inferiore alla corrente di impiego del cavo il potere di Interruzione della protezione non sia inferiore alla corrente di corto circuito nel punto di installazione (I ccmax ) l energia passante (I2 t) della protezione non superi l energia sopportabile dal cavo (K 2 S 2 ) S = sezione del cavo in mm 2 K = 115 per cavi in rame isolati in PVC 143 per cavi in rame isolati in EPR es.: cavo 6 mm 2 in rame e PVC K2 S 2 = A 2 s

29 Protezione tramite fusibile CORTO CIRCUITO: verifica grafica di I 2 t K2 S 2 occorre disporre del grafico I 2 t del costruttore della protezione Come si vede dal grafico, la relazione I2 t K2 S 2 è verificata solo per le correnti di cortocircuito maggiori di I A, per cui il cavo non risulta protetto per correnti minori di I A. Se A è il punto della linea in cui I cc = I A, non si ha protezione per tutti i guasti che avvengono a valle di A (dove I cc < I A ). La distanza tra il punto d installazione del fusibile e il punto A si chiama distanza limite: L lim = S I A (come è stata ricavata?) Quindi, per consentire al fusibile di proteggere tutta la linea, bisogna che la lunghezza della linea sia minore della distanza limite. NOTA Se il fusibile è anche idoneo alla protezione contro i sovraccarichi, la verifica grafica dell energia passante non è necessaria. Protezione tramite magnetotermico CORTO CIRCUITO: verifica grafica di I 2 t K2 S 2 occorre disporre del grafico I 2 t del costruttore della protezione I 2 t I 2 t bisogna sovrapporre sul grafico la retta K2 S 2 del cavo A B I CC I CC1 I CC2 I CC nel caso A,, il cavo è sempre protetto per qualsiasi valore di I cc nel caso B,, il cavo è protetto solo per valori di Icc compresi fra I cc1 e I cc2 (occorre verificare che: I ccmin > I cc1, I ccmax < I cc2 ) NOTA Se il magnetotermico è idoneo alla protezione contro i sovraccarichi, la verifica grafica dell energia passante va fatta solo per I ccmax

30 Esempio di dimensionamento SIA DATA UNA LINEA TRIFASE CON NEUTRO AVENTE LE SEGUENTI CARATTERISTICHE: PROTEZIONE CONTRO IL SOVRACCARICO corrente di impiego I b = 28 A portata I z = 41 A isolamento: PVC sezione S = 6 mm 2 tensione concatenata V = 400 V corrente di corto circuito ad inizio linea I ccmax = 8,5 ka lunghezza della tratta L = 60 m I b I n I z I f 1,45 I z CON MAGNETOTERMICI: I n = 32 A oppure I n = 40 A A A Esempio di dimensionamento PROTEZIONE CONTRO IL CORTOCIRCUITO I n I b P.I. I ccmax CONDUTTURA PROTETTA CONTRO IL SOVRACCARICO: I n = 50 A ( > I z = 41 A ) CONDUTTURA NON PROTETTA CONTRO IL SOVRACCARICO: I 2 t K2 S 2 I n = 32 A oppure I n = 40 A ( > I b = 28 A ) P.I. = 10 ka ( > I ccmax = 8,5 ka ) S 6 I cc min = = = 345 A l 60 I n = 125 A ( > I z = 41 A ) K 2 S 2 = del cavo CAVO PROTETTO I 2 t della protezione K 2 S 2 = del cavo I 2 t della protezione I cc1 = 850 A I ccmin = 345 A CAVO NON PROTETTO

31 Dimensionamento di una conduttura CASI PRATICI DI INSTALLAZIONE SOVRACCARICO Essendo la corrente uguale in tutto il circuito, la protezione può essere installata indifferentemente A MONTE o A VALLE del circuito da proteggere Nei luoghi a MAGGIOR RISCHIO IN CASO DI INCENDIO! Se lungo il percorso il circuito presenta DERIVAZIONI Se lungo il percorso il circuito alimenta PRESE A SPINA IN CIASCUN CASO LA PROTEZIONE VA SEMPRE MESSA A MONTE

32 CASI PRATICI DI INSTALLAZIONE SOVRACCARICO LA PROTEZIONE PUO ESSERE OMESSA SE: ❶ le utenze alimentate non possano dar luogo a sovraccarichi (p.es. luci) ❷ la linea alimenti derivazioni protette ciascuna con proprio dispositivo e risulti che la portata Iz della linea non sia inferiore alla somma delle correnti nominali dei dispositivi di protezione delle derivazioni ESEMPIO Iz In 1 Iz In 1 + In 2 In 2 ❸ la linea sia una derivazione ma risulti comunque protetta dal dispositivo della linea principale CASI PRATICI DI INSTALLAZIONE SOVRACCARICO SI RACCOMANDA DI OMETTERE LA PROTEZIONE SE IL SUO INTERENTO E LA CONSEGUENTE APERTURA DEL CIRCUITO POSSONO PROVOCARE MAGGIORI PROBLEMI DI SICUREZZA ❶ circuiti di eccitazione delle macchine rotanti ESEMPI ❷ circuiti di alimentazione di elettromagneti di sollevamento ❸ circuiti secondari dei trasformatori di corrente (TA) ❹ circuiti di alimentazione di dispositivi di estinzione incendio protezione Protezione chiusa intervenuta funzionamento per sovraccarico normale elettropompa Elettropompa disalimentata?!

33 CASI PRATICI DI INSTALLAZIONE CORTO CIRCUITO Poiché la corrente di corto circuito si manifesta dal punto di alimentazione e fino al punto di GUASTO, LA PROTEZIONE VA SEMPRE MESSA A MONTE IL POSIZIONAMENTO DELLA PROTEZIONE E CONSENTITO AD UNA DISTANZA MASSIMA DI 3 m DAL PUNTO DI INIZIO DELLA CONDUTTURA MA OCCORRE CHE: ❶ la conduttura sia realizzata in modo da rendere minimo il rischio di corto circuito ❷ la conduttura non sia posta vicino a materiale combustibile ❸ la conduttura non si trovi in AMBIENTI A MAGGIOR RISCHIO IN CASO DI INCENDIO O CON PERICOLO DI ESPLOSIONE LA SITUAZIONE DI CORTO CIRCUITO E ESTREMAMENTE DANNOSA E PERICOLOSA ARCHI ELETTRICI INCENDI SFORZI ELETTRODINAMICI Per i casi specifici visti precedentemente, e sotto le condizioni ❶ e ❷, la Norma consente di omettere la protezione